一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮

摘要

一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮，由复合材料波纹板、复合材料叉状嵌套板和弹性体层组成。其连接关系如下：复合材料叉状嵌套板中部粘接在复合材料波纹板的水平胶结面上，复合材料叉状嵌套板由三层复合材料薄板交错粘接而成，连续波峰上的复合材料叉状嵌套板首尾相连，弹性体层紧密贴合在复合材料叉状嵌套板上。本发明将复合材料波纹板在波纹方向上具有大刚度和复合材料叉状嵌套板具有大面外刚度的特点结合起来，能够实现大变形功能，且能抵抗面外气动载荷，具有结构简单和重量轻的有点，是一种实用可行的变体机翼柔性蒙皮方案。

权利要求

1.一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮，由复合材料波纹板、复合材料叉状嵌套板和弹性体层组成, 它们的连接关系如下：(1)复合材料波纹板的横截面轮廓线为连续的波纹，在每个波峰处有一定长度的水平胶接面，用于与复合材料叉状嵌套板胶接；

(2)复合材料叉状嵌套板的截面形状是 由三层复合材料薄板交错粘接而成，复合材料叉状嵌套板的中部胶接在波峰处的水平胶接面上，左部双层薄板的夹住左侧邻近波峰上复合材料叉状嵌套板右部的单层薄板，右部单层薄板夹在右侧邻近波峰上复合材料叉状嵌套板的左部双层薄板内，连续波峰上的复合材料叉状嵌套板首尾相连；(3)弹性体层紧密贴合在复合材料叉状嵌套板上，由于复合材料波纹板具有大的变形能力，复合材料叉状嵌套板具有大的面外刚度，所以基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮具有大变形能力与抵抗气动载荷的能力。

2.根据权利要求1所述的一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮，复合材料波纹板为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和硼纤维制成的单向带层合波纹板，和碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和硼纤维制成的编织材料波纹板。

3.根据权利要求1所述的一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮，复合材料叉状嵌套板为三层复合材料薄板交错粘接而成的，复合材料薄板为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和硼纤维单向带层合板，和碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和硼纤维制成的编织材料薄板, 复合材料叉状嵌套板的截面形状为 复合材料叉状嵌套板中部胶接在复合材料波纹板的水平胶接面上，左部双层薄板的夹住左侧邻近波峰上复合材料叉状嵌套板右部的单层薄板，右部单层薄板夹在右侧邻近波峰上复合材料叉状嵌套板的左部双层薄板内，连续波峰上的复合材料叉状嵌套板首尾相连，复合材料叉状嵌套板的长度应该使基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮在拉伸变形的过程中，复合材料波纹板相邻波峰之间的凹槽始终能够被复合材料叉状嵌套板覆盖。

4.根据权利要求1所述的一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮，弹性体层为硅橡胶、丁腈橡胶、纤维增强硅橡胶、纤维增强丁腈橡胶、压电纤维硅橡胶复合材料和压电纤维丁腈橡胶复合材料。

说明书

一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮

技术领域

[0001] 本发明提供一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮，属于复合材料结构设计领域。

背景技术

[0002] 在航空领域，“变体飞机”是可以通过改变其几何外形达到增强任务剖面内性能的飞行器，其中最关键的技术是变体机翼。变体机翼需要一种既能够在面内实现大变形功能，
也具有足够的面外刚度来承受气动载荷的柔性蒙皮。目前，有多种材料或结构可被用于变
体飞机的柔性蒙皮，包括形状记忆合金、蜂窝结构和伸缩结构等，但是这些结构在重量、结
构复杂程度或维持光滑气动表面等方面难以满足要求。因此，本发明提供了一种基于波纹
结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮，由复合材料波纹板、复合材料叉状嵌套板和弹性体
层组成，该结构在波纹方向上具备弯曲变形和拉伸变形的能力，具有足够的面外刚度以抵
抗气动载荷，同时能够维持光滑的气动表面，且具有结构简单、结构重量轻等优点，适合作
为变体飞机机翼的柔性蒙皮。

发明内容

[0003] 1、目的：本发明的目的在于提供一种可实现大变形功能、具有一定面外刚度并且能够维持光滑气动表面的基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮。

[0004] 2、技术方案：本发明由复合材料波纹板、复合材料叉状嵌套板和弹性体层组成。它们的连接关系如下：(1)复合材料波纹板的横截面轮廓线为连续的波纹，在每个波峰处有一
定长度的水平胶接面，用于与复合材料叉状嵌套板胶接；(2)复合材料叉状嵌套板的截面形
状是 由三层复合材料薄板交错粘接而成。复合材料叉状嵌套板的中部胶接在波峰
处的水平胶接面上，左部双层薄板的夹住左侧邻近波峰上复合材料叉状嵌套板右部的单层
薄板，右部单层薄板夹在右侧邻近波峰上复合材料叉状嵌套板的左部双层薄板内，连续波
峰上的复合材料叉状嵌套板首尾相连；(3)弹性体层紧密贴合在复合材料叉状嵌套板上。上
述复合材料波纹板结构在波纹方向具有较大的变形能力，当波纹方向有一定的拉力作用
时，复合材料波纹板会在波纹方向产生大变形；在复合材料波纹板变形过程中，胶接在每个
胶接面上的复合材料叉状嵌套板会随之平移，但每个复合材料叉状嵌套板的右部单层薄板
始终在右侧邻近波峰上的复合材料叉状嵌套板左部双层薄板间隙内滑动。相邻波峰之间的
凹槽仍能够被复合材料叉状嵌套板覆盖，由于复合材料叉状嵌套板具有大的面外刚度，所
以该结构具有抵抗气动载荷的能力；弹性体层具有较大的弹性与光滑的表面，覆盖在复合
材料叉状嵌套板上可以使整个基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮具有光滑的
气动表面。

[0005] 其中，复合材料波纹板为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和硼纤维制成的单向带层合波纹板，和碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和硼纤维制成的编织材料波纹板。

[0006] 其中，弹性体层为硅橡胶、丁腈橡胶、纤维增强硅橡胶、纤维增强丁腈橡胶、压电纤维硅橡胶复合材料和压电纤维丁腈橡胶复合材料。

[0007] 3、优点及功效：本发明是一种基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮，通过将复合材料波纹板、复合材料叉状嵌套板和弹性体层合理与精巧的装配，能够实现沿波
纹方向的大变形功能，并且具有一定的面外刚度与光滑的气动表面，本发明具有结构简单
和重量轻的优点，是一种实用可行的变弦长机翼柔性蒙皮的方案。

附图说明

[0008] 图1是初始状态复合材料波纹板的主视图。在图1中：部位1、2、3、4均为胶接面。

[0009] 图2是拉伸状态复合材料波纹板的主视图。

[0010] 图3是初始状态下基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮的主视图。在图3中：部位5、6、7、8均为复合材料叉状嵌套板，部位9为弹性体层。

[0011] 图4是初始状态下基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮的侧视图。

[0012] 图5是拉伸状态下基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮的主视图。

[0013] 图6是拉伸状态下基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮的侧视图。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图和实施实例对本发明做出进一步的说明。

[0015] 本发明的具有大变形功能的基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮由复合材料波纹板、复合材料叉状嵌套板和弹性体层组成。复合材料波纹板(如图1所示)的横截
面形状为连续的 在波峰处有胶接面1、胶接面2、胶接面3和胶接面4，其中，复合材料
波纹板为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和硼纤维制成的单向带层合波纹板，和碳纤维、玻
璃纤维、Kevlar纤维和硼纤维制成的编织材料波纹板。复合材料波纹板在沿波纹方向具有
大变形能力，当在其两端施加一定拉力时，复合材料波纹板将发生大变形(如图2所示)。复
合材料叉状嵌套板的截面形状是 复合材料叉状嵌套板左部是两层薄板，在两层薄
板中间具有一定的间隙，右部是单层薄板。复合材料叉状嵌套板的中部胶接在复合材料波
纹板波峰处的水平胶接面上，比如复合材料叉状嵌套板5、复合材料叉状嵌套板6、复合材料
叉状嵌套板7和复合材料叉状嵌套板8分别胶接在胶接面1、胶接面2、胶接面3和胶接面4上
(如图3所示)。复合材料叉状嵌套板左部双层薄板的夹住左侧邻近波峰上复合材料叉状嵌
套板右部的单层薄板，右部单层薄板夹在右侧邻近波峰上复合材料叉状嵌套板的左部双层
薄板内，连续波峰上的复合材料叉状嵌套板首尾相连。弹性体层覆盖在复合材料叉状嵌套
板之上，其中，弹性体层为硅橡胶、丁腈橡胶、纤维增强硅橡胶、纤维增强丁腈橡胶、压电纤
维硅橡胶复合材料和压电纤维丁腈橡胶复合材料。复合材料波纹板、复合材料叉状嵌套板
和弹性体层构成了具有大变形功能的基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮。

[0016] 图3和图4分别为初始状态下的基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合材料蒙皮的主视示意图和侧视示意图。复合材料波纹板结构在波纹方向具有较大的变形能力，当波纹
方向有一定的拉力作用时，复合材料波纹板会在波纹方向产生大变形(如图5和图6所示)；
在复合材料波纹板变形过程中，胶接在每个胶接面上的复合材料叉状嵌套板会随之平移，
每个复合材料叉状嵌套板左部双层薄板与其左侧邻近波峰上复合材料叉状嵌套板右部的
单层薄板会产生相对移动，每个复合材料叉状嵌套板右部单层薄板与其右侧邻近波峰上复
合材料叉状嵌套板的左部双层薄板也会产生相对移动，但是复合材料波纹板相邻波峰之间
的凹槽仍能够被这两个波峰上的复合材料叉状嵌套板覆盖，由于复合材料叉状嵌套板覆盖
具有大的面外刚度，所以该结构具有抵抗气动载荷的能力；弹性体层具有较大的弹性与光
滑的表面，覆盖在复合材料叉状嵌套板上可以使整个基于波纹结构的嵌套滑动式柔性复合
材料蒙皮具有光滑的气动表面。