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CN104401498A - 一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置 - Google Patents

一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空结构设计技术领域，涉及一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置。所述驱动装置包括充气泵(1)、充气管路(2)、充气阀门(3)、放气管路(4)、放气阀门(5)、内侧密封腔(6)、外侧密封腔(7)、压力传感器(8)、流量传感器(9)、蒙皮连接带(10)、基础型面安装区(11)。该驱动装置利用气体充压方式实现进气道鼓包型面在较大范围内的形状变化，利用压力及流量信息控制鼓包型面的形状，从而改变进气道喉道面积，解决了鼓包进气道型面不可调节的问题。

Description

一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置
技术领域
本发明属于航空结构设计技术领域，涉及一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置。
背景技术
在超音速战斗机进气道的设计过程中，往往面临高低速气动构型之间的矛盾，飞机的隐身要求也制约着进气道的气动构型设计和性能。因此，在超音速进气道的设计过程中，很难使进气道在整个飞行包线内保持高性能。
为解决以上设计难题，提出了自适应鼓包进气道的设计概念。自适应鼓包进气道可以根据飞机所处的不同飞行状态，通过主动控制技术自适应地改变进气道内管道(鼓包)结构形状，调节进气道的喉道面积，从而满足发动机在不同飞行状态下的流量需求。
柔性蒙皮是一种采用弹性胶膜和高弹纤维复合的方式构成的，能够在外力驱动下发生较大的柔性变形，并具有足够面内刚度、强度的新型蒙皮，可用于实现鼓包进气道的自适应形状调节。基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道结构参见图1，其为基本结构及工作型面示意图。
为实现基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道的变形，需要设计一种驱动装置，在其驱动下，不仅可以使柔性蒙皮在基础型面和最高型面之间产生定向变形，还可以保证柔性蒙皮足够的面外刚度。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置，一是解决柔性蒙皮的变形驱动及控制问题，二是解决柔性蒙皮面外刚度弱、不能承载面外较大载荷的问题。
本发明的技术方案是：一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置，所述驱动装置：采用气体充压的方式利用充气泵向密封腔内充压使柔性蒙皮变形；利用蒙皮连接带实现内外密封腔体积的协调变化；利用阀门及管路控制气体流向；利用压力传感器及流量传感器获取压力及流量信息，以此为参数，控制柔性蒙皮向任意设计型面的变形；利用密封气体为柔性蒙皮提供足够的面外刚度；
所述驱动装置其特征为:所述驱动装置包括充气泵1、充气管路2、充气阀门3、放气管路4、放气阀门5、内侧密封腔6、外侧密封腔7、压力传感器8、流量传感器9、蒙皮连接带10、基础型面安装区11；所述充气泵1安装于进气道基础型面内侧的机体结构中，通过充气管路2分别与内侧密封腔6和外侧密封腔7连通，用于向密封腔内充压；所述充气管路2，安装在进气道基础型面内侧，一端与充气泵连通，另一端为“T”字形管口，“T”字形管口分别连通内侧密封腔6与外侧密封腔7；所述充气阀门3，安装在充气管路2的“T”字形管口中央，用于控制气流向内侧密封腔6或向外侧密封腔7流动；所述放气管路4，安装在进气道基础型面内侧，一端为“T”字形管口，“T”字形管口分别连通内侧密封腔6与外侧密封腔7，另一端与飞机机体结构内部自由连通；所述放气阀门5，安装在放气管路3的“T”字形管口中央，用于控制气流由内侧密封腔6或向外侧密封腔7向外流出；所述内侧密封腔6，为进气道基础型面与内侧柔性蒙皮所围成的密封腔，其两端分别安装有充气管路2和放气管路4，其腔体体积可随气体的充、放发生变化；所述外侧密封腔7，为进气道基础型面与外侧柔性蒙皮所围成的密封腔，其中的密封气体能够提供柔性蒙皮所需的面外刚度，当其体积达到最大时，鼓包型面为最高型面，当其体积为零时，外侧柔性蒙皮与进气道基础型面紧密贴合；所述压力传感器8，共有两个，分别内埋于内侧密封腔6和外侧密封腔7的基础型面中，用于测量内侧密封腔6和外侧密封腔7的腔内压力；所述流量传感器9，安装于充气管路2的管口，用于测量管路内气体流速，压力及流速测量结果可作为柔性蒙皮型面控制的参数；所述蒙皮连接带10，为一种能够提供拉力的柔性带，一端连接外侧柔性蒙皮，另一端连接内侧柔性蒙皮，作用是在一侧柔性蒙皮在充压驱动下发生鼓包变形时，另一侧柔性蒙皮能够在其拉力下产生同向变形，进而排出受拉一侧密封腔内的气体；所述基础型面安装区11，共有两处，其中一处用于固定充气管路2，另一处用于固定放气管路4，每处安装区都有一个通孔，用于安装管路的“T”形管口。
本发明的有益效果是：提供一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置，该装置利用气体充压方式实现进气道鼓包型面在较大范围内的形状变化，利用压力及流量信息控制鼓包型面的形状，从而改变进气道喉道面积，解决了鼓包进气道型面不可调节的问题。同时，利用密封气体为柔性蒙皮提供了足够的面外刚度，解决了柔性蒙皮面外刚度不足的问题，从而使飞机在不同飞行状态下都具有最佳气动性能和进发匹配特性，具有良好的工程适用性。
附图说明
图1是本发明用于基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形范围示意图；
图2是基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置示意图；
其中，1-充气泵、2-充气管路、3-充气阀门、4-放气管路、5-放气阀门、6-内侧密封腔、7-外侧密封腔、8-压力传感器、9-流量传感器、10-蒙皮连接带、11-基础型面安装区。
图3是本发明用于进气道外腔充压工作原理示意图；
图4是本发明用于进气道内腔充压工作原理示意图；
图5是本发明用于腔内气体保压工作原理示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
本发明一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置，所述驱动装置：采用气体充压的方式利用充气泵向密封腔内充压使柔性蒙皮变形；利用蒙皮连接带实现内外密封腔体积的协调变化；利用阀门及管路控制气体流向；利用压力传感器及流量传感器获取压力及流量信息，以此为参数，控制柔性蒙皮向任意设计型面的变形；利用密封气体为柔性蒙皮提供足够的面外刚度；
所述驱动装置包括充气泵1、充气管路2、充气阀门3、放气管路4、放气阀门5、内侧密封腔6、外侧密封腔7、压力传感器8、流量传感器9、蒙皮连接带10、基础型面安装区11；所述充气泵1安装于进气道基础型面内侧(“内侧”为指向飞机机身对称面的一侧，“外侧”为“内侧”的相反方向，下同)的机体结构中，通过充气管路2分别与内侧密封腔6和外侧密封腔7连通，用于向密封腔内充压；所述充气管路2，安装在进气道基础型面内侧，一端与充气泵连通，另一端为“T”字形管口，“T”字形管口分别连通内侧密封腔6与外侧密封腔7；所述充气阀门3，安装在充气管路2的“T”字形管口中央，用于控制气流向内侧密封腔6或向外侧密封腔7流动；所述放气管路4，安装在进气道基础型面内侧(位置不同于充气管路2)，一端为“T”字形管口，“T”字形管口分别连通内侧密封腔6与外侧密封腔7，另一端与飞机机体结构内部自由连通；所述放气阀门5，安装在放气管路3的“T”字形管口中央，用于控制气流由内侧密封腔6或向外侧密封腔7向外流出；所述内侧密封腔6，为进气道基础型面与内侧柔性蒙皮所围成的密封腔，其两端分别安装有充气管路2和放气管路4，其腔体体积可随气体的充、放发生变化；所述外侧密封腔7，为进气道基础型面与外侧柔性蒙皮所围成的密封腔，其中的密封气体能够提供柔性蒙皮所需的面外刚度，当其体积达到最大时，鼓包型面为最高型面，当其体积为0时，外侧柔性蒙皮与进气道基础型面紧密贴合；所述压力传感器8，共有2个，分别内埋于内侧密封腔6和外侧密封腔7的基础型面中，用于测量内侧密封腔6和外侧密封腔7的腔内压力；所述流量传感器9，安装于充气管路2的管口，用于测量管路内气体流速，压力及流速测量结果可作为柔性蒙皮型面控制的参数；所述蒙皮连接带10，为一种能够提供拉力的柔性带，一端连接外侧柔性蒙皮，另一端连接内侧柔性蒙皮，作用是在一侧柔性蒙皮在充压驱动下发生鼓包变形时，另一侧柔性蒙皮能够在其拉力下产生同向变形，进而排出受拉一侧密封腔内的气体；所述基础型面安装区11，共有2处，其中一处用于固定充气管路2，另一处用于固定放气管路4，每处安装区都有一个通孔，用于安装管路的“T”形管口。
根据具体进气道及发动机功能需求，选择合适的充气泵、阀门、密封剂、管材、压力传感器、流量传感器、蒙皮连接带并确定尺寸参数，按照图2提供的结构示意图即可制造出满足设计需求的基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道充压装置。
所述充气泵的充压能力可根据飞机进气道设计载荷及鼓包型面的刚度选定；所述阀门有两种位置状态，通过控制阀门状态实现各密封腔的充气与放气；所述管路可根据充压流量需求选择材料与内径，管路管口内埋于基础型面中，其布置不影响进气道内的气动外形；所述内、外侧密封腔各自独立密封，当阀门关闭时，可利用腔内密封气体提供柔性蒙皮的面外压力；所述压力传感器及流量传感器用于采集密封腔内的压力及流量信号，通过压力-流量-型面对应关系，为进气道鼓包的智能变形提供参数；所述蒙皮连接带用于协调内外侧蒙皮的变形，控制密封腔体积，是一种提供拉力的柔性带。
上述基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道充压装置共有3种工作状态，一是外侧密封腔充压，此时外侧柔性蒙皮由基础型面向目标型面变形，外侧“鼓包”变大，同时，在连接带的作用下，内侧密封腔体积变小，阀门状态及气流方向示意图见图3；二是内侧密封腔充压，此时柔性蒙皮由当前型面向基础型面变形，内侧密封腔体积变大，同时，在蒙皮连接带的作用下，“鼓包”变小，阀门状态及气流方向示意图见图4；三是保压密封状态，此时外侧柔性蒙皮处于某特定型面，外侧密封腔内气压高于外界气压，密封气体能够为外侧柔性蒙皮提供足够的面外压力，同时由于内侧密封腔与外界连通，其内部压力不足以带动蒙皮连接带使外侧柔性蒙皮向内侧变形，因此该状态可以使外侧柔性蒙皮形成的鼓包维持在一个稳定形状，保压时阀门状态见图5。

Claims (1)

1.一种基于柔性蒙皮的自适应鼓包进气道变形驱动装置，所述驱动装置：采用气体充压的方式利用充气泵向密封腔内充压使柔性蒙皮变形；利用蒙皮连接带实现内外密封腔体积的协调变化；利用阀门及管路控制气体流向；利用压力传感器及流量传感器获取压力及流量信息，以此为参数，控制柔性蒙皮向任意设计型面的变形；利用密封气体为柔性蒙皮提供足够的面外刚度；
所述驱动装置其特征为:所述驱动装置包括充气泵(1)、充气管路(2)、充气阀门(3)、放气管路(4)、放气阀门(5)、内侧密封腔(6)、外侧密封腔(7)、压力传感器(8)、流量传感器(9)、蒙皮连接带(10)、基础型面安装区(11)；所述充气泵(1)安装于进气道基础型面内侧的机体结构中，通过充气管路(2)分别与内侧密封腔(6)和外侧密封腔(7)连通，用于向密封腔内充压；所述充气管路(2)，安装在进气道基础型面内侧，一端与充气泵连通，另一端为“T”字形管口，“T”字形管口分别连通内侧密封腔(6)与外侧密封腔(7)；所述充气阀门(3)，安装在充气管路(2)的“T”字形管口中央，用于控制气流向内侧密封腔(6)或向外侧密封腔(7)流动；所述放气管路(4)，安装在进气道基础型面内侧，一端为“T”字形管口，“T”字形管口分别连通内侧密封腔(6)与外侧密封腔(7)，另一端与飞机机体结构内部自由连通；所述放气阀门(5)，安装在放气管路(3)的“T”字形管口中央，用于控制气流由内侧密封腔(6)或向外侧密封腔(7)向外流出；所述内侧密封腔(6)，为进气道基础型面与内侧柔性蒙皮所围成的密封腔，其两端分别安装有充气管路(2)和放气管路(4)，其腔体体积可随气体的充、放发生变化；所述外侧密封腔(7)，为进气道基础型面与外侧柔性蒙皮所围成的密封腔，其中的密封气体能够提供柔性蒙皮所需的面外刚度，当其体积达到最大时，鼓包型面为最高型面，当其体积为零时，外侧柔性蒙皮与进气道基础型面紧密贴合；所述压力传感器(8)，共有两个，分别内埋于内侧密封腔(6)和外侧密封腔(7)的基础型面中，用于测量内侧密封腔(6)和外侧密封腔(7)的腔内压力；所述流量传感器(9)，安装于充气管路(2)的管口，用于测量管路内气体流速，压力及流速测量结果可作为柔性蒙皮型面控制的参数；所述蒙皮连接带(10)，为一种能够提供拉力的柔性带，一端连接外侧柔性蒙皮，另一端连接内侧柔性蒙皮，作用是在一侧柔性蒙皮在充压驱动下发生鼓包变形时，另一侧柔性蒙皮能够在其拉力下产生同向变形，进而排出受拉一侧密封腔内的气体；所述基础型面安装区(11)，共有两处，其中一处用于固定充气管路(2)，另一处用于固定放气管路(4)，每处安装区都有一个通孔，用于安装管路的“T”形管口。
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