变体飞机可以自适应地改变形状以适应不断变化的飞行条件,使飞机具有多任务适应性。蜂窝结构具有重量轻、面内变形好、面外承载能力强等优良特性,被广泛应用于变体飞机柔性蒙皮结构。为了提升柔性蒙皮蜂窝结构的变形能力,本文提出了一种柔性铰可变形蜂窝结构,通过降低结构面内刚度提升变形能力。
柔性铰可变形蜂窝结构由十字形蜂窝和内LET半铰(Half Inside Lamina Emergent Torsional Joint)组成。采用代表体元法,通过理论分析研究柔性铰可变形蜂窝结构的面内等效弹性模量。对柔性铰可变形蜂窝进行仿真分析,选择壳单元(S4R)建立蜂窝单元的有限元模型,分析等效弹性模量随柔性铰可变形蜂窝结构几何参数变化的规律,并对不同结构参数下等效模量的理论值和仿真值行了比较。采用3D打印方法制造了柔性铰可变形蜂窝实验件,在INSTRON 5943电子多功能实验机上进行单轴拉伸实验,验证理论模型和仿真模型的正确性。通过仿真和实验方法比较材料和当量尺寸相同的柔性铰可变形蜂窝和十字形蜂窝的面内刚度。
1、推导出了柔性铰可变形蜂窝结构面内单向拉伸等效弹性模量的理论表达式,并进行了仿真和实验验证,理论、仿真和实验结果吻合良好。2、等效模量随柔性铰可变形蜂窝结构几何参数变化的规律如下:(1)等效弹性模量随着值的增加而减小。随着的增大,斜壁的弯曲变形增大,从而使等效弹性模量减小;(2)等效弹性模量随着值的增加而增加。值的增加使斜壁的弯曲刚度以及内LET半铰的扭转刚度增大,则等效弹性模量增大;(3)等效弹性模量随着的增大而增大,这是因为值的增大会使内LET半铰的扭转刚度增加。同时,的参数变化对等效模量的影响与相比明显增大,这是因为内LET半铰减小局部刚度主要是源于扭转轴的扭转变形,参数的减小会显著降低扭转轴的扭转刚度,而参数的变化只对斜壁的弯曲刚度有一定的影响,对内LET半铰的扭转变形没有贡献;(4)等效弹性模量随着值的增加而增加,这主要是因为随着值的增加,内LET半铰的扭转刚度增加;(5)值的变化对等效弹性模量的影响很小,当变化时,内LET半铰的扭转变形和蜂窝单元斜壁的弯曲变形都不受其影响。因此,方向上的等效弹性模量主要受参数、和的影响,参数对等效弹性模量也有一定的影响,参数对几乎没有影响,在参数协调的情况下,对于一维变形,、、的值越小,的值越大,结构的变形效果越好。3、通过对柔性铰可变形蜂窝与十字形蜂窝的面内刚度进行比较,可以得出相比于十字形蜂窝,柔性铰可变形蜂窝的面内等效弹性模量降低了80%以上,面内变形能力有了很大提升。
柔性铰可变形蜂窝结构由十字形蜂窝和内LET半铰组成,将相邻蜂窝单元壁板的连接处替换为内LET半铰,由此降低可变形蜂窝结构的刚度,提高可变形蜂窝的面内变形能力,因此,将可变形蜂窝结构与柔性铰链巧妙结合是一种提升蜂窝结构面内变形能力的有效方式。
变体飞机可以自适应地改变形状以适应不断变化的飞行条件,使飞机具有多任务适应性。蜂窝结构具有重量轻、面内变形好、面外承载能力强等优良特性,被广泛应用于变体飞机柔性蒙皮结构。
为了提升柔性蒙皮蜂窝结构的面内变形能力,本文提出了一种柔性铰可变形蜂窝结构。该结构由十字形蜂窝和内LET半铰(Half Inside Lamina Emergent Torsional Joint)组成,通过降低结构面内刚度提升变形能力,具有重量轻、面内模量低的特点。通过理论分析研究了柔性铰可变形蜂窝结构的面内等效弹性模量,并进行了仿真和实验验证,分析了几何参数对结构等效弹性模量的影响,最后通过仿真和实验比较了柔性铰可变形蜂窝与十字形蜂窝的面内刚度。结果表明:柔性铰可变形蜂窝的等效弹性模量与十字形蜂窝相比降低了80%以上,具有更优秀的面内变形能力,将可变形蜂窝结构与柔性铰链巧妙结合是一种提升蜂窝结构面内变形能力的有效方式。
柔性铰可变形蜂窝几何模型
提出了一种柔性铰可变形蜂窝结构,该结构由十字形蜂窝和内置式平面折展扭转柔性半铰(Half inside lamina emergent torsional joint,内LET半铰)组成,通过降低结构面内刚度提升变形能力,具有质量轻、面内模量低的特点。通过理论分析研究了柔性铰可变形蜂窝结构的面内等效弹性模量,并进行了仿真和实验验证,分析了几何参数对结构等效弹性模量的影响,最后通过仿真和实验比较了柔性铰可变形蜂窝与十字形蜂窝的面内刚度。结果表明:柔性铰可变形蜂窝的等效弹性模量与十字形蜂窝相比降低了80%以上,具有更优秀的面内变形能力,将可变形蜂窝结构与柔性铰链巧妙结合是一种提升蜂窝结构面内变形能力的有效方式。
提出了一种柔性铰可变形蜂窝结构,该结构由十字形蜂窝和内置式平面折展扭转柔性半铰(Half inside lamina emergent torsional joint,内LET半铰)组成,通过降低结构面内刚度提升变形能力,具有质量轻、面内模量低的特点。通过理论分析研究了柔性铰可变形蜂窝结构的面内等效弹性模量,并进行了仿真和实验验证,分析了几何参数对结构等效弹性模量的影响,最后通过仿真和实验比较了柔性铰可变形蜂窝与十字形蜂窝的面内刚度。结果表明:柔性铰可变形蜂窝的等效弹性模量与十字形蜂窝相比降低了80%以上,具有更优秀的面内变形能力,将可变形蜂窝结构与柔性铰链巧妙结合是一种提升蜂窝结构面内变形能力的有效方式。