基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构及方法

1.本发明涉及翼面展开与后掠控制领域，具体涉及一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构及方法。


背景技术：

2.飞行器在飞行前，为了节省翼面的占用空间，需要在飞行前将翼面进行折叠，飞行时再对其进行展开。飞行过程中，为了加快飞行速度和减小空气阻力，需要使翼面后掠一定角度。但以往的翼面展开结构通常存在结构较复杂且质量较大的问题。利用智能材料作动器来替换以往的电机传动、液压传动和气压传动等传动方式已成为新的研究热点。形状记忆合金丝具有大位移、大驱动力输出和预定形状记忆回复等功能特性，以及低电压驱动、无噪声、质量轻、无污染等优点。一方面，利用形状记忆合金作动器与连杆滑块机构结合，可将作动器的直线收缩运动转化为旋转运动，且连杆滑块同样具有质量轻转动力大的优点，两者结合可很好的保证质量较轻的情况下实现翼面展开和后掠功能。另一方面，利用铁心线圈通电产生磁力，断电磁力消失的特性，控制带有弹簧的卡块在卡块槽内弹出与缩回。通电前，卡块在弹簧的弹力下部分弹出卡块槽，可以阻挡滑块的滑动，以实现滑块的位置固定，当卡块在铁心线圈通电后产生的磁力下缩回后，滑块可以自由滑动。因此通过控制滑块的滑动与停止来控制翼面的转动与停止，再通过设计滑块、卡块和导轨的尺寸以得到不同的翼面展开角度和后掠角度。


技术实现要素：

3.为了实现翼面展开机构在较小的体积和较轻的重量下实现翼面精确展开和后掠功能，本发明提供一种新颖独特、使用方便，并且能够保证整体质量较轻的情况下满足在起飞初始时将翼面展开，在高速飞行过程中为了减小空气阻力而将翼面后掠到指定角度的基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开及后掠机构及控制方法。
4.为了满足上述要求，本发明设计了采用功率电源来对形状记忆合金丝作动器进行加热并产生拉力的方法，将形状记忆合金丝作动器的一端固定在外导轨上，另一端固定在滑块底部，翼面的固定转轴、内导轨和外导轨均与飞行器固定以保持相对静止，从而使得形状记忆合金丝收缩时对连杆滑块机构中的滑块产生拉力使其沿着内外导轨滑动，并通过连杆拉动翼面沿着固定轴转动实现展开；再基于铁心线圈通电产生的磁力与弹簧弹力的继电作用对安装在卡块槽内的两对卡块进行精确弹出与缩回控制，以实现滑块滑动与卡死，保证在展开和后掠过程中滑块可以顺利滑动，在展开和后掠完成后可实现精准锁死。
5.本发明所采用的具体技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供了一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，包括与机体固定相连的固定轴、内导轨和外导轨；
7.所述内导轨固定于外导轨的中空内腔，内导轨和外导轨之间设有能沿内导轨轴向滑动的滑块，滑块与外导轨之间间隙配合；所述滑块顶部设有四方向的凹形槽，每个方向凹
形槽的第三连接孔均与连杆的一端转动连接，连杆的另一端转动连接有翼杆；所述翼杆与固定轴铰接，且与翼面固定相连；所述滑块底部设有第三凸台，第三凸台底部均匀布设有若干凸出的第二连接头；
8.所述外导轨内壁横向开设有位于上方的第一卡块槽和位于下方的第二卡块槽，第一卡块槽和第二卡块槽沿外导轨轴向间隔开设且两者的间隔不小于所述第三凸台的高度；所述第一卡块槽内设有能提供横向弹力的第一弹簧和通电后能产生铁磁吸引力的第一铁芯线圈；所述第一弹簧的一端固定于第一卡块槽内壁，另一端固定有铁磁材料的第一卡块；所述第一卡块能在第一卡块槽内横向滑动，在不受力情况下能部分位于第一卡块槽外，在受铁磁吸引力时能完全收回第一卡块槽内；所述第二卡块槽内设有能提供横向弹力的第二弹簧和通电后能产生铁磁吸引力的第二铁芯线圈；所述第二弹簧的一端固定于第二卡块槽内壁，另一端固定有铁磁材料的第二卡块；所述第二卡块能在第二卡块槽内横向滑动，在不受力情况下能部分位于第二卡块槽外，在受铁磁吸引力时能完全收回第二卡块槽内；所述外导轨表面固定绕设有若干均匀排布的形状记忆合金丝；且形状记忆合金丝的一端固定于所述第二连接头上，另一端固定于外导轨上。
9.作为优选，所述翼杆的一端与连杆的一端通过第一活动轴和轴承连接；连杆的另一端通过第二活动轴和轴承转动连接于第三连接孔上。
10.作为优选，所述内导轨的主体为滑动杆结构；滑动杆的顶部和底部分别设有用于对滑块轴向限位的第一凸台和第二凸台，第二凸台与开设有第一连接孔的连接块相连；位于第二卡块槽下方的外导轨内腔中设有横梁，横梁上开设有第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔之间通过连接件实现内导轨和外导轨的固定连接；所述第一凸台与第一卡块槽顶部的间距、第二凸台与第二卡块槽底部的间距均不小于所述第三凸台的高度。
11.作为优选，所述滑块轴向开设有内通孔且套设于内导轨外部，内通孔与内导轨外壁之间通过滚珠滑动接触相连。
12.作为优选，所述第一铁芯线圈和第二铁芯线圈分别通过外导轨上开设的第一线槽和第二线槽与外部电源连接。
13.作为优选，所述形状记忆合金丝为四根，沿周向均匀竖直缠绕于外导轨上，且各形状记忆合金丝之间互不干涉。
14.作为优选，所述外导轨表面开设有若干螺纹孔，外导轨底部开设有若干轴承槽和轴槽，螺纹孔、轴承槽和轴槽均通过u型轴承和螺母固定有外凸的螺纹轴；所述u型轴承用于缠绕形状记忆合金丝。
15.作为优选，位于所述第二卡块槽下方的外导轨内壁设有凸起的第一连接头；形状记忆合金丝的一端固定于第一连接头上，另一端固定于第二连接头上。
16.作为优选，所述第一卡块槽和第二卡块槽分别以内导轨为轴对称设有两个，两个第一卡块槽位于同一水平线上，两个第二卡块槽位于同一水平线上。
17.第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构的作动方法，具体如下：
18.翼面闭合状态时，第一卡块在第一弹簧的弹力作用下部分漏出第一卡块槽，第二卡块在第二弹簧的弹力作用下部分漏出第二卡块槽，第一卡块上表面与第三凸台下表面接触并限制其向下移动，此时形状记忆合金丝存在预拉力。
19.翼面准备展开时，首先利用功率电源对形状记忆合金丝通入电流对其进行加热，再通过热敏电阻来测量形状记忆合金丝的温度并反馈调节功率电源回路的输出功率，通过将温度控制在设定值进而实现对形状记忆合金丝拉力大小的控制；当形状记忆合金丝的温度加热到指定温度后，此时形状记忆合金丝存在较大的收缩力，通过对第一铁芯线圈和第二铁芯线圈通入电流，使第一卡块克服第一弹簧的弹力并完全收回第一卡块槽内，使第二卡块克服第二弹簧的弹力并完全收回第二卡块槽内；滑块在形状记忆合金丝的收缩力下克服翼面的转动惯量和较小的气动载荷，并沿内导轨向下滑动，带动连杆移动和转动，翼杆连同翼面在连杆的拉力下沿固定轴转动；当滑块下滑至内导轨最底部时，翼面展开至最大位置，此时断开第一铁芯线圈和第二铁芯线圈上的电流，第一卡块和第二卡块分别在第一弹簧和第二弹簧的弹力下弹出，第二卡块卡住第三凸台并限制其向上移动，形状记忆合金丝上的电流断开，完成翼面展开过程；
20.翼面后掠时，仅对第二铁芯线圈通入电流，使第二卡块克服第二弹簧的弹力并完全收回第二卡块槽内；翼面在空气动载荷的作用下通过翼杆绕固定轴向后转动，并带动连杆移动和转动，连杆对滑块产生向上拉力，滑块克服形状记忆合金丝向下的收缩力并向上滑动；当第三凸台上表面接触到第一卡块下表面时，在第一卡块的限位作用下停止向上移动，翼面后掠到指定角度；此时断开第二铁芯线圈上的电流，第二卡块在第二弹簧的弹力下弹出并限制第三凸台向下移动，完成翼面的后掠过程。
21.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
22.本发明使用形状记忆合金丝作动器来代替以往的电机传动、液压传动和气压传动，再配合滑块连杆机构，将形状记忆合金丝的直线收缩运动转化为翼面的转动，在保证驱动力的前提下，降低了机构的复杂度和减小了机构的体积和重量；利用铁心线圈通断电前后的磁力变化来控制带有弹簧的卡块在卡块槽内的弹出与缩回。通电前，卡块在弹簧的弹力下部分弹出卡块槽，可以阻挡滑块的滑动；通电后，卡块在磁力的吸力下缩回，滑块可以自由滑动。因此通过控制滑块的滑动与停止来控制翼面的转动与停止，再通过设计滑块、卡块和导轨的尺寸以得到不同的翼面展开角度和后掠角度。另外，在外导轨上安装凹形轴承，并将形状记忆合金丝缠绕在凹形轴承上，不仅可以增大合金丝的长度以增大收缩量，还降低了丝收缩过程中与缠绕装置之间的摩擦力和材料磨损，同时还节省了形状记忆合金丝额外占用的空间。
附图说明
23.图1是本发明机构收拢时的结构示意图；
24.图2是本发明机构展开时的结构示意图；
25.图3是本发明机构后掠时的结构示意图；
26.图4是内导轨的结构示意图；
27.图5是外导轨的结构示意图；
28.图6是外导轨安装u型轴承后的结构示意图；
29.图7是外导轨的轴测图；
30.图8是滑块的结构示意图；
31.图中，翼面1、翼杆2、固定轴3、第一活动轴4、连杆5、第二活动轴6、内导轨7、第一凸
台7-1、滑动杆7-2、第二凸台7-3、连接块7-4、第一连接孔7-5、外导轨8、螺纹孔8-1、第一卡块槽8-2-1、第一线槽8-3-1、第二卡块槽8-2-2、第二线槽8-3-2、横梁8-4、第二连接孔8-5、第一连接头8-6、轴承槽8-7、轴槽8-8、第一卡块9-1、第一弹簧10-1、第一铁芯线圈11-1、第二卡块9-2、第二弹簧10-2、第二铁芯线圈11-2、滑块12、凹形槽12-1、第三连接孔12-2、第三凸台12-3、内通孔12-4、第二连接头12-5、形状记忆合金丝13、连接件14、u型轴承15、螺母16、螺纹轴17。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
33.如图1～3所示，为本发明提供的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，该机构主要包括固定轴3、内导轨7和外导轨8，固定轴3、内导轨7和外导轨8均与机体上的其他部件固定相连，在机构进行翼面展开和后掠的全过程中均保持相对静止状态。
34.本发明的机构中，内导轨7固定于外导轨8的中空内腔中，内导轨7和外导轨同轴间隔布设，8两者之间的间隔处设有滑块12。滑块12能沿内导轨7外壁轴向滑动，与外导轨8之间为面接触或者间隙配合。滑块12顶部均匀设有四个凹形槽12-1，每个凹形槽12-1朝向不同的方向，相邻凹形槽12-1的轴线相互垂直。每个凹形槽12-1上均开设有第三连接孔12-2，第三连接孔12-2与相对应连杆5的一端转动连接，连杆5的另一端转动连接有翼杆2。翼杆2与固定轴3铰接，且与翼面1固定相连。滑块12底部设有第三凸台12-3，第三凸台12-3底部均匀布设有多个向下凸出的第二连接头12-5。
35.在本实施例中，翼面1、翼杆2和连杆5设有四组，分别朝向不同的方向，并与对应朝向的凹形槽12-1相连。具体的，翼面1的旋转中心处与翼杆2固定，能跟着翼杆2一起绕固定轴3转动。翼杆2沿翼面1的翼弦长方向伸出一段距离，且伸出段顶部为凹型槽，伸出段顶端凹型槽与连杆5的一端通过第一活动轴4和轴承连接。连杆5的另一端伸入滑块12顶端的凹形槽12-1内，通过第二活动轴6和轴承转动连接于第三连接孔12-2上。滑块的上下滑动能带动连杆移动和转动，进而通过连杆拉动翼面实现展开与后掠。
36.在本实施例中，如图4所示，内导轨7可以采用主体为柱状滑动杆7-2的结构，与该结构相匹配的，如图8所示，滑块12轴向开设有圆柱形的内通孔12-4，滑块12通过内通孔12-4套设于内导轨7的滑动杆7-2上。具体的，滑动杆7-2的顶部设有第一凸台7-1，底部设有第二凸台7-3，第一凸台7-1和第二凸台7-3均用于对滑块12轴向限位，防止滑块12脱离滑动杆7-2。具体的，第二凸台7-3用于阻止翼展开到最大后继续展开；第一凸台7-1可在将滑块12安装到内导轨7上后添加，以达到防止滑块12向上滑出和用以与飞行器机体固定的作用。
37.在本实施例中，第二凸台7-3连接有连接块7-4，连接块7-4上开设有第一连接孔7-5。位于第二卡块槽8-2-2下方的外导轨8内腔中设有横梁8-4，横梁8-4上开设有第二连接孔8-5，第一连接孔7-5和第二连接孔8-5之间通过连接件14实现内导轨7和外导轨8的固定连接。连接件14可以采用螺栓螺母固定组件。第一凸台7-1与第一卡块槽8-2-1顶部的间距、第二凸台7-3与第二卡块槽8-2-2底部的间距均不小于第三凸台12-3的高度。第三凸台12-3作为第一卡块9-1和第二卡块9-2的卡住部分，可以采用方形凸台结构，与外导轨8面接触或存在一点间隙。通过调整内导轨的长度，使得当滑块向下滑动到内导轨底部的第二凸台7-3时
停止运动，此时滑块到达最低点，翼面在连杆滑块的作用下刚好完全展开。
38.为了实现滑块12与滑动杆7-2的滑动连接，可以在内通孔12-4内壁内嵌设置多个转动的滚珠，通过滚珠实现内通孔12-4内壁与滑动杆7-2外壁之间的滑动连接，该种结构可以使滑动过程中保证较小的摩檫力。当然，还可以采用其他结构实现滑块12与滑动杆7-2的滑动连接，例如设置轴向滑轨或者开设滑动槽等，均为现有技术中常用的滑动方式，在此不再赘述。
39.本发明的机构中，如图5和图6所示，外导轨8内壁开设有位于上方的第一卡块槽8-2-1和位于下方的第二卡块槽8-2-2，第一卡块槽8-2-1和第二卡块槽8-2-2均沿外导轨8横向开设，两个槽的轴向与外导轨8的轴向垂直。第一卡块槽8-2-1和第二卡块槽8-2-2之间间隔布设，且两者之间的间隔不小于第三凸台12-3的高度。
40.在本发明的一种最佳实施例中，第一凸台7-1与第一卡块槽8-2-1顶部的间距、第二凸台7-3与第二卡块槽8-2-2底部的间距以及第一卡块槽8-2-1底部和第二卡块槽8-2-2顶部的间距均等于第三凸台12-3的高度，进而使得机构在执行过程中能够更好的卡合限位。具体的，第一卡块上表面到第二凸台的距离为滑块的最大有效行程距离，第一卡块下表面到第二卡块上表面之间的距离与第二卡块下表面到第二凸台之间的距离相等，并且等于或略大于第二凸台的厚度。使得滑块在第一卡块与第二卡块之间、第二卡块与第二凸台之间能刚好被卡死，即可仅使用两对卡块就能实现滑块在完成翼面展开与后掠时的卡死与导通。第二卡块的厚度与第二凸台的厚度之和刚好等于翼面从展开状态到指定后掠角度状态时滑块所需要上滑的距离，以保证滑块在从第二对滑块与第二凸台之间上滑到第一卡块与第二卡块之间时，翼面刚好能从展开状态后掠到指定角度。
41.本发明的机构中，第一卡块槽8-2-1内设有第一弹簧10-1和第一铁芯线圈11-1，第一弹簧10-1能提供横向弹力，第一铁芯线圈11-1通电后能产生铁磁吸引力。第一弹簧10-1的一端固定于第一卡块槽8-2-1内壁，另一端固定有第一卡块9-1。第一卡块9-1应当采用铁磁材料，进而能在第一铁芯线圈11-1通电后被吸引移动。第一卡块9-1能在第一卡块槽8-2-1内横向滑动，在不受力(即第一铁芯线圈11-1不通电且第一弹簧10-1处于原长)情况下能部分位于第一卡块槽8-2-1外以对第三凸台12-3限位，在受铁磁吸引力(即第一铁芯线圈11-1通电)时能克服第一弹簧10-1的弹力并完全收回第一卡块槽8-2-1内。
42.在实际应用时，滑块底端的第三凸台12-3厚度、第一卡块9-1厚度和第二卡块9-2厚度均可在确定有效行程和后掠角度后灵活设计。
43.本发明的机构中，第二卡块槽8-2-2内设有第二弹簧10-2和第二铁芯线圈11-2，第二弹簧10-2能提供横向弹力，第二铁芯线圈11-2通电后能产生铁磁吸引力。第二弹簧10-2的一端固定于第二卡块槽8-2-2内壁，另一端固定有第二卡块9-2。第二卡块9-2应当采用铁磁材料，进而能在第二铁芯线圈11-2通电后被吸引移动。第二卡块9-2能在第二卡块槽8-2-2内横向滑动，在不受力(即第二铁芯线圈11-2不通电且第二弹簧10-2处于原长)情况下能部分位于第二卡块槽8-2-2外以对第三凸台12-3限位，在受铁磁吸引力(即第二铁芯线圈11-2通电)时能克服第二弹簧10-2的弹力并完全收回第二卡块槽8-2-2内。
44.在本实施例中，外导轨8上还开设有第一线槽8-3-1和第二线槽8-3-2。第一线槽8-3-1与第一卡块槽8-2-1连通，第一铁芯线圈11-1通过第一线槽8-3-1与外部电源连接。第二线槽8-3-2与第二卡块槽8-2-2连通，第二铁芯线圈11-2通过第二线槽8-3-2与外部电源连
接。第一卡块槽8-2-1和第二卡块槽8-2-2可以设置多个，以便更好的对滑块进行限位，例如：可以分别以内导轨7为轴对称设有两个，两个第一卡块槽8-2-1位于同一水平线上，两个第二卡块槽8-2-2位于同一水平线上。
45.本发明的机构中，外导轨8表面固定绕设有多根均匀排布的形状记忆合金丝13，且形状记忆合金丝13的一端固定于第二连接头12-5上、另一端固定于外导轨8上。在本实施例中，形状记忆合金丝的数量应当取双数，以更好的对称的拉动滑块的滑动，取四根效果较好。如图7所示，形状记忆合金丝13为四根，沿周向均匀竖直缠绕于外导轨8上，且各形状记忆合金丝13之间互不干涉。具体的，外导轨8表面开设有多个螺纹孔8-1，主要分布在上下部分。外导轨8底部开设有多个轴承槽8-7和轴槽8-8，螺纹孔8-1、轴承槽8-7和轴槽8-8均通过u型轴承15和螺母16固定有外凸的螺纹轴17。其中，u型轴承15用于缠绕形状记忆合金丝13。位于第二卡块槽8-2-2下方的外导轨8内壁设有凸起的第一连接头8-6。形状记忆合金丝13的一端固定于第一连接头8-6上并作为起始点，随后依次按顺序缠绕于u型轴承15上，另一端固定于第二连接头12-5上。u型轴承15能够起到绝缘和防止缠绕的形状记忆合金丝脱落的作用。四根形状记忆合金丝13缠绕方式完全相同，互不干涉，以保证四根形状记忆合金丝13正常收缩且在温度相同时产生的收缩力完全对称。
46.在实际应用时，可将两端带有螺纹的螺纹轴17拧进螺纹孔8-1内，然后将u型轴承15使用过盈配合安装在螺纹轴17上后在使用螺母16将其拧紧。螺母16与轴承15和螺母16与外导轨8外表面之间均安装有钢丝环，钢丝环的内径与螺纹轴17的直径相同，外径略小于u型轴承15内圈的外径，以保证u型轴承15在转动时外圈没有与两侧物体产生摩擦。
47.在本发明的机构中，将形状记忆合金丝13缠绕在外导轨8的u型轴承15上，一方面使得结构紧凑，可在使用较长的长度以满足较大的行程的情况下节省占用额外空间；另一方面极大的减小了的收缩过程中的摩擦力和材料磨损。在翼面展开前形状记忆合金丝13中存在着预拉力，可使得在升温后的收缩力和收缩量比没有预拉力时的大；在后掠过程可根据气动载荷的大小，判断是否需要对形状记忆合金丝进行加热，适当调节其收缩力的大小，以达到对滑块更好的缓冲作用。
48.在实际应用时，第一卡块槽内的第一卡块在初始时仅在第一弹簧的弹力作用下弹出，卡住滑块的底部第三凸台12-3，阻止卡块向下滑动，在对两个铁芯线圈的线圈通电后，线圈产生磁通并产生磁力，两个卡块分别在磁力作用下克服弹簧弹力向卡槽内缩回，使得滑块可在外力下上下滑动。形状记忆合金丝一端固定在滑块底部，并在外导轨上的轴承上缠绕，最后另一端固定在外导轨上。初始时形状记忆合金丝存在着初始预拉力，以增大作动过程的收缩力和收缩量。展开前需要利用功率电源先对其进行通电加热到指定温度，使形状记忆合金丝材料性能从马氏体向奥氏体转变，并产生收缩趋势。
49.利用上述基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构的作动方法，具体如下：
50.翼面1闭合状态(即翼面为完全合拢竖直状态)时，第一卡块9-1在第一弹簧10-1的弹力作用下部分漏出第一卡块槽8-2-1，第二卡块9-2在第二弹簧10-2的弹力作用下部分漏出第二卡块槽8-2-2，第一卡块9-1上表面与第三凸台12-3下表面接触并限制其向下移动。此时形状记忆合金丝13存在预拉力，保证形状记忆合金丝从孪晶马氏体向非孪晶马氏体转变。
51.在本实施例中，闭合状态如图1所示，第一卡块9-1和第二卡块9-2均处于弹出状态，滑块12的底端凸台12-3下表面与第一卡块9-1的上表面接触，此时形状记忆合金丝13存在着一定的预拉力，以提高之后的收缩力和收缩量。
52.翼面1准备展开时，首先利用功率电源对形状记忆合金丝13通入电流对其进行加热，使形状记忆合金丝温度快速升高，材料特性从马氏体向奥氏体转变，导致其产生整体收缩，对滑块产生向下的拉力。再通过热敏电阻来测量形状记忆合金丝13的温度并反馈调节功率电源回路的输出功率，通过将温度控制在设定值进而实现对形状记忆合金丝13拉力大小的控制。当形状记忆合金丝13的温度加热到指定温度后，此时形状记忆合金丝13存在较大的收缩力，通过对第一铁芯线圈11-1和第二铁芯线圈11-2通入电流，使线圈产生磁通并产生磁力，第一卡块9-1在磁力作用下克服第一弹簧10-1的弹力并完全收回第一卡块槽8-2-1内，第二卡块9-2在磁力作用下克服第二弹簧10-2的弹力并完全收回第二卡块槽8-2-2内。滑块12在形状记忆合金丝13的收缩力下克服翼面1的转动惯量和较小的气动载荷，并沿内导轨7向下滑动，带动连杆5移动和转动，翼杆2连同翼面1在连杆5的拉力下沿固定轴3转动。当滑块12下滑至内导轨7最底部时，翼面1展开至最大位置，此时断开第一铁芯线圈11-1和第二铁芯线圈11-2上的电流，磁力消失，第一卡块9-1和第二卡块9-2分别在第一弹簧10-1和第二弹簧10-2的弹力下快速弹出，第二卡块9-2卡住第三凸台12-3并限制其向上移动，滑块在第二卡块和第二凸台的阻挡下完全锁死。形状记忆合金丝13上的电流断开，完成翼面1展开过程。
53.在本实施例中，翼面1展开的结构如图2所示。
54.翼面1后掠开始前，如果飞行速度较小，空气对翼面的气动载荷不大时，可以不对形状记忆合金丝加热，即将通入形状记忆合金丝的电流断开，温度下降，收缩力下降；如果飞行速度较大，空气对翼面产生的空气动载荷较大时，需要对形状记忆合金丝继续加热保持其收缩力，使形状记忆合金丝收缩拉力在滑块的上滑过程中起到一定的减速缓冲效果。随后仅对第二铁芯线圈11-2通入电流，使第二卡块9-2克服第二弹簧10-2的弹力并完全收回第二卡块槽8-2-2内。翼面1在空气动载荷的作用下通过翼杆2绕固定轴3向后转动，并带动连杆5移动和转动，连杆5对滑块12产生向上拉力，滑块12克服形状记忆合金丝13向下的收缩力并向上滑动。当第三凸台12-3上表面接触到第一卡块9-1下表面时，在第一卡块9-1的限位作用下停止向上移动，翼面1后掠到指定角度。此时断开第二铁芯线圈11-2上的电流，磁力消失，第二卡块9-2在第二弹簧10-2的弹力下弹出并限制第三凸台12-3向下移动，滑块在第一卡块9-1和第二卡块9-2卡块的作用下完全卡死，完成翼面1的后掠过程。
55.在本实施例中，翼面1后掠的结构如图3所示。
56.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其特征在于，包括与机体固定相连的固定轴(3)、内导轨(7)和外导轨(8)；所述内导轨(7)固定于外导轨(8)的中空内腔，内导轨(7)和外导轨(8)之间设有能沿内导轨(7)轴向滑动的滑块(12)，滑块(12)与外导轨(8)之间间隙配合；所述滑块(12)顶部设有四方向的凹形槽(12-1)，每个方向凹形槽(12-1)的第三连接孔(12-2)均与连杆(5)的一端转动连接，连杆(5)的另一端转动连接有翼杆(2)；所述翼杆(2)与固定轴(3)铰接，且与翼面(1)固定相连；所述滑块(12)底部设有第三凸台(12-3)，第三凸台(12-3)底部均匀布设有若干凸出的第二连接头(12-5)；所述外导轨(8)内壁横向开设有位于上方的第一卡块槽(8-2-1)和位于下方的第二卡块槽(8-2-2)，第一卡块槽(8-2-1)和第二卡块槽(8-2-2)沿外导轨(8)轴向间隔开设且两者的间隔不小于所述第三凸台(12-3)的高度；所述第一卡块槽(8-2-1)内设有能提供横向弹力的第一弹簧(10-1)和通电后能产生铁磁吸引力的第一铁芯线圈(11-1)；所述第一弹簧(10-1)的一端固定于第一卡块槽(8-2-1)内壁，另一端固定有铁磁材料的第一卡块(9-1)；所述第一卡块(9-1)能在第一卡块槽(8-2-1)内横向滑动，在不受力情况下能部分位于第一卡块槽(8-2-1)外，在受铁磁吸引力时能完全收回第一卡块槽(8-2-1)内；所述第二卡块槽(8-2-2)内设有能提供横向弹力的第二弹簧(10-2)和通电后能产生铁磁吸引力的第二铁芯线圈(11-2)；所述第二弹簧(10-2)的一端固定于第二卡块槽(8-2-2)内壁，另一端固定有铁磁材料的第二卡块(9-2)；所述第二卡块(9-2)能在第二卡块槽(8-2-2)内横向滑动，在不受力情况下能部分位于第二卡块槽(8-2-2)外，在受铁磁吸引力时能完全收回第二卡块槽(8-2-2)内；所述外导轨(8)表面固定绕设有若干均匀排布的形状记忆合金丝(13)；所述形状记忆合金丝(13)的一端固定于所述第二连接头(12-5)上，另一端固定于外导轨(8)上。2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其特征在于，所述翼杆(2)的一端与连杆(5)的一端通过第一活动轴(4)和轴承连接；连杆(5)的另一端通过第二活动轴(6)和轴承转动连接于第三连接孔(12-2)上。3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其特征在于，所述内导轨(7)的主体为滑动杆(7-2)结构；滑动杆(7-2)的顶部和底部分别设有用于对滑块(12)轴向限位的第一凸台(7-1)和第二凸台(7-3)，第二凸台(7-3)与开设有第一连接孔(7-5)的连接块(7-4)相连；位于第二卡块槽(8-2-2)下方的外导轨(8)内腔中设有横梁(8-4)，横梁(8-4)上开设有第二连接孔(8-5)，所述第一连接孔(7-5)和第二连接孔(8-5)之间通过连接件(14)实现内导轨(7)和外导轨(8)的固定连接；所述第一凸台(7-1)与第一卡块槽(8-2-1)顶部的间距、第二凸台(7-3)与第二卡块槽(8-2-2)底部的间距均不小于所述第三凸台(12-3)的高度。4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其特征在于，所述滑块(12)轴向开设有内通孔(12-4)且套设于内导轨(7)外部，内通孔(12-4)与内导轨(7)外壁之间通过滚珠滑动接触相连。5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其特征在于，所述第一铁芯线圈(11-1)和第二铁芯线圈(11-2)分别通过外导轨(8)上开设的第一线槽(8-3-1)和第二线槽(8-3-2)与外部电源连接。6.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其
特征在于，所述形状记忆合金丝(13)为四根，沿周向均匀竖直缠绕于外导轨(8)上，且各形状记忆合金丝(13)之间互不干涉。7.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其特征在于，所述外导轨(8)表面开设有若干螺纹孔(8-1)，外导轨(8)底部开设有若干轴承槽(8-7)和轴槽(8-8)，螺纹孔(8-1)、轴承槽(8-7)和轴槽(8-8)均通过u型轴承(15)和螺母(16)固定有外凸的螺纹轴(17)；所述u型轴承(15)用于缠绕形状记忆合金丝(13)。8.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其特征在于，位于所述第二卡块槽(8-2-2)下方的外导轨(8)内壁设有凸起的第一连接头(8-6)；形状记忆合金丝(13)的一端固定于第一连接头(8-6)上，另一端固定于第二连接头(12-5)上。9.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构，其特征在于，所述第一卡块槽(8-2-1)和第二卡块槽(8-2-2)分别以内导轨(7)为轴对称设有两个，两个第一卡块槽(8-2-1)位于同一水平线上，两个第二卡块槽(8-2-2)位于同一水平线上。10.一种利用权利要求1～9任一所述基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构的作动方法，其特征在于，具体如下：翼面(1)闭合状态时，第一卡块(9-1)在第一弹簧(10-1)的弹力作用下部分漏出第一卡块槽(8-2-1)，第二卡块(9-2)在第二弹簧(10-2)的弹力作用下部分漏出第二卡块槽(8-2-2)，第一卡块(9-1)上表面与第三凸台(12-3)下表面接触并限制其向下移动，此时形状记忆合金丝(13)存在预拉力。翼面(1)准备展开时，首先利用功率电源对形状记忆合金丝(13)通入电流对其进行加热，再通过热敏电阻来测量形状记忆合金丝(13)的温度并反馈调节功率电源回路的输出功率，通过将温度控制在设定值进而实现对形状记忆合金丝(13)拉力大小的控制；当形状记忆合金丝(13)的温度加热到指定温度后，此时形状记忆合金丝(13)存在较大的收缩力，通过对第一铁芯线圈(11-1)和第二铁芯线圈(11-2)通入电流，使第一卡块(9-1)克服第一弹簧(10-1)的弹力并完全收回第一卡块槽(8-2-1)内，使第二卡块(9-2)克服第二弹簧(10-2)的弹力并完全收回第二卡块槽(8-2-2)内；滑块(12)在形状记忆合金丝(13)的收缩力下克服翼面(1)的转动惯量和较小的气动载荷，并沿内导轨(7)向下滑动，带动连杆(5)移动和转动，翼杆(2)连同翼面(1)在连杆(5)的拉力下沿固定轴(3)转动；当滑块(12)下滑至内导轨(7)最底部时，翼面(1)展开至最大位置，此时断开第一铁芯线圈(11-1)和第二铁芯线圈(11-2)上的电流，第一卡块(9-1)和第二卡块(9-2)分别在第一弹簧(10-1)和第二弹簧(10-2)的弹力下弹出，第二卡块(9-2)卡住第三凸台(12-3)并限制其向上移动，形状记忆合金丝(13)上的电流断开，完成翼面(1)展开过程；翼面(1)后掠时，仅对第二铁芯线圈(11-2)通入电流，使第二卡块(9-2)克服第二弹簧(10-2)的弹力并完全收回第二卡块槽(8-2-2)内；翼面(1)在空气动载荷的作用下通过翼杆(2)绕固定轴(3)向后转动，并带动连杆(5)移动和转动，连杆(5)对滑块(12)产生向上拉力，滑块(12)克服形状记忆合金丝(13)向下的收缩力并向上滑动；当第三凸台(12-3)上表面接触到第一卡块(9-1)下表面时，在第一卡块(9-1)的限位作用下停止向上移动，翼面(1)后掠到指定角度；此时断开第二铁芯线圈(11-2)上的电流，第二卡块(9-2)在第二弹簧(10-2)的
弹力下弹出并限制第三凸台(12-3)向下移动，完成翼面(1)的后掠过程。

技术总结
本发明公开了一种基于形状记忆合金丝作动器的翼面展开和后掠机构及方法，涉及翼面展开与后掠控制领域。机构中，翼面可绕定轴转动，滑块内外设有导轨，外导轨上设有两对卡块槽；卡块槽内布置由铁芯线圈控制伸缩的弹簧卡块；滑块受合金丝拉力与空气载荷上下滑动，并通过连杆带动翼面展开和后掠；合金丝绕在外导轨表面。展开前，第一卡块弹出，阻止滑块下滑。当展开时，第一卡块被吸入，滑块受拉下滑实现展开。展开后，由弹出的第二卡块卡住滑块防止上滑；当后掠时，第二卡块被吸入，滑块在气动载荷作用下上滑，当翼面转到指定后掠角时，滑块恰好被两对弹出卡块卡在中间。本发明不但结构紧凑，还能大幅降低作动装置重量。还能大幅降低作动装置重量。还能大幅降低作动装置重量。


技术研发人员：李兴秋 胡凯明 阮东海
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/4/17