鱼骨式变体机翼的能量平衡驱动系统设计与验证

摘要

变体机翼具有改善飞行器气动效能，扩大任务包线等功能；基于变体结构的弹性变形，可以实现机翼形状的连续光滑变形，是变体机翼技术的重要设计与实现方法之一.然而，弹性变形需要消耗较高的驱动能量，可能造成驱动系统重量增加，抵消变体机翼的性能收益.针对此问题，本文设计并验证了一种基于能量平衡原理的驱动系统，可以减少驱动能量消耗，降低驱动系统的尺寸和重量.首先设计了一种基于螺线轮的负刚度机构，建立了该机构的运动学模型，并开展了分析和优化；然后，为进一步提高负刚度机构的适用范围，设计并引入了一套刚度调节机构，验证了刚度调节原理；最后，制作了一套用于鱼骨式变体机翼的能量平衡驱动系统，开展了驱动实验；结果显示驱动器能量消耗降低了约44.54%，能量平衡方法具有大幅度降低驱动系统能量消耗的潜力；同时，验证了刚度调节机构具备满足能量平衡需求的能力.

关键词

能量平衡 / 负刚度 / 变体机翼 / 驱动系统 / 变体飞行器 / 刚度调节机构

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52305262,92271104）; 航空科学基金资助项目（2024Z009052003）; 北京市自然科学基金资助项目（1232014）