本发明涉及变形机翼,特别是一种用于变形机翼的正交各向异性手性超结构。
背景技术:
1、手性超结构是一种具有独特物理性质的新型结构,通过特殊的微观结构设计,展现出传统结构所不具备的力学行为。其中,“手性”是指结构的非对称性,类似于人类的左手和右手,尽管在外观上相似,但是在镜像中无法完全重叠。经典的手性超结构往往由结点和肋条组成,二者具有相切的几何关系。按照结点与肋条的几何关系可以对手性超结构进行分类。具体而言:当胞元中相邻的两个结点均位于肋条的两侧时,这种结构被称为具有“手性”;若胞元中相邻的两个结点都位于肋条的同一侧,则称为“反手性”;而当这两种情况混合出现于单个胞元中时,称之为“元/超手性”。这种微观胞元的非对称性赋予了手性超结构一些非常规的力学响应,例如负泊松比等。通过这种巧妙的微观设计,手性超结构能够在宏观层面展现出卓越的力学性能,在变体结构、减震吸能和声学控制等领域展现出巨大的应用潜力。
2、变形机翼可以使得飞行器在不同环境下改变几何外形以保持最优飞行性能,与传统飞行器相比具有更好的环境适应性和生存能力。当前,手性超结构在变形机翼中的应用形式主要有两种:一是借助手性超结构轻质、抗压和抗剪切的特性,将其作为机翼的主要支撑结构;二是利用手性超结构面内拉伸刚度较小和面外弯曲刚度较大的特性,将其嵌入机翼蒙皮中作为变形结构。相较于机械式变形,将手性超结构内嵌于机翼中,利用柔性材料自身弹性变形可以实现变形机翼在展长、弦长等方向的变化,这种方法不仅重量轻,还能降低结构复杂程度,有助于提高变体飞行器整体性能。
3、然而,变形机翼等特殊变体结构往往需要通过面内外力学性能的差异性来满足不同变形部位、不同应用场合等的变形要求。通常对于面内力学性能,要易于实现大变形,为机翼提供更强的变形特性;而对面外力学性能,则需要具有高刚度,为机翼提供良好的承载特性。近年来研究者们在变形结构领域开展了大量研究,但仍然存在难以有效调节面内外力学性能的问题。
4、在背景技术部分中公开的所述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解,因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、针对所述现有技术存在的不足或缺陷,提供了一种用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,在相同胞元整体尺寸条件下,可以使超结构的面内外力学性能在相互正交的两个方向上表现出更强的各向异性。并且,通过改变弯曲肋的几何形状,可以实现对相应力学性能的有效调节。
2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
3、一种用于变形机翼的正交各向异性手性超结构包括阵列分布的单胞,所述单胞包括,
4、上肋条,其为直边肋,
5、两个上结点,其分别与所述上肋条相切,且两个上结点的圆心之间的距离为结点中心距a,
6、下肋条,其为直边肋,
7、两个下结点,其分别与所述下肋条相切,且两个下结点的圆心之间的距离为结点中心距a,
8、左肋条,其为贝塞尔曲线定义的弯曲肋,左肋条的两端分别连接且相切于左侧的上结点和下结点,
9、右肋条,其为贝塞尔曲线定义的弯曲肋,右肋条的两端分别连接且相切于右侧的上结点和下结点。
10、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,左肋条或右肋条的形状由贝塞尔曲线的五个控制点的坐标决定,其中,起止点p0固定于上结点外沿,起止点p4固定于下结点外沿,受约束可调点p1与相邻的起止点p0保持在同一竖直线上,受约束可调点p3与相邻的起止点p4保持在同一竖直线上,可调点p2位于受约束可调点p1与受约束可调点p3之间,通过改变受约束可调点p1、可调点p2、受约束可调点p3的坐标调节左肋条或右肋条的形状。
11、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,所述起止点p0和起止点p4为不动点。
12、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,左肋条和右肋条对称。
13、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,左侧的下结点与上结点的圆心之间的距离为结点中心距a,右侧的下结点与上结点的圆心之间的距离为结点中心距a。
14、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,所述结点中心距a为10mm。
15、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,肋条及结点壁厚t均为1mm,结点直径d为4mm。
16、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,贝塞尔曲线为四阶贝塞尔曲线。
17、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,上肋条和下肋条均为水平肋。
18、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,所述单胞为对称结构。
19、所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构中,所用材料为尼龙材料,弹性模量为1700 mpa,泊松比为0.42。
20、与现有技术相比,本发明带来的有益效果为:
21、本发明为基于贝塞尔曲线设计的弯曲肋手性超结构,在相同胞元整体尺寸条件下,可以使超结构的面内外力学性能在相互正交的两个方向上表现出更强的各向异性。并且,通过改变弯曲肋的几何形状,可以实现对相应力学性能的有效调节。
22、所述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白,达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度,并且为了能够让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
1.一种用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,其特征在于,其包括阵列分布的单胞,所述单胞包括,
2.如权利要求1所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,其特征在于,优选的,左肋条和右肋条对称。
3.如权利要求1所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,其特征在于,左侧的下结点与上结点的圆心之间的距离为结点中心距a,右侧的下结点与上结点的圆心之间的距离为结点中心距a。
4.如权利要求3所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,其特征在于,所述结点中心距a为10mm。
5.如权利要求4所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,其特征在于,肋条及结点壁厚t均为1mm,结点直径d为4mm。
6.如权利要求1所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,其特征在于,贝塞尔曲线为四阶贝塞尔曲线。
7.如权利要求1所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,其特征在于,所用材料为尼龙材料。
8. 如权利要求7所述的用于变形机翼的正交各向异性手性超结构,其特征在于,尼龙材料的弹性模量为1700 mpa,泊松比为0.42。