基于智能柔顺变体机构的变体机翼基础研究

本项目以变体飞行器为背景，研究用于实现变体机翼运动、变形的智能柔顺机构及其驱动与传感的基础问题。在学习鸟翼飞行及其肌肉与骨架结构等生物解剖学的基础上，研究用于实现机翼变体，集成了智能材料驱动器的仿生柔顺机构形式、驱动方式及其基本运动与变形机理；探索具有SMA丝等智能材料的仿生肌肉束型驱动器结构形式、功能特性、基本设计和控制方法；同时，基于热电材料帕尔帖效应实现SMA快速简单便捷地制冷，提高SMA驱动器的响应速度。最后，通过集成在蒙皮上的智能夹层，实现对机翼变形的分布式传感和测量。通过本项目的研究，可为实现变体机翼发展提供新的思路和途径，为变体机翼的研究提供理论和实验依据。

本项目以变体飞行器为背景，研究用于实现变体机翼运动、变形的智能柔顺机构及其驱动与传感的基础问题。首先，从仿生学的角度，对鸟类飞行观察记录和生物解剖学研究，得到与飞行有关的外部形态与内部结构；通过研究鸟翼飞行中翅膀的骨骼结构角度配置关系进行生物学系统，抽象出用于实现机翼变体的仿生学结构模型；参考生物翅膀肌肉与骨骼的集成和运动驱动形式进行变体机翼气动布局优化，在此基础上研究基于并联机构的机翼变体结构与柔顺结构的变体策略。其次，研究用于变体机翼的智能材料驱动器，在螺旋状的弹簧形状记忆合金驱动元件构型的基础上，设计了能直接输出扭矩的涡卷式弹簧，研究涡卷式弹簧的工作方式、制作工艺、装配工艺，控制方法。同时对变体机翼超弹蒙皮进行形状、铺层优化与变形、承载功能的测试，优化后的蒙皮基体能够实现在变形方向获得远高于平板结构的变形能力和在承载方向上获得更高的承载能力。最后，研究了基于电阻应变测量的智能夹层分布式传感和基于光纤布拉格光栅测量的多功能变体机翼智能蒙皮，实现了机翼变形的分布式传感测量和损伤监测；在此基础上，进一步研究集成了SMA丝的具有主动变形功能的变体机翼蒙皮技术，利用SMA的形状记忆效应驱动蒙皮主动变形，以实现机翼变体。通过本项目的研究，可为实现变体机翼发展提供新的思路和途径，为变体机翼的研究提供理论和实验依据。