大气数据探头支臂及大气数据探测系统

1.本发明属于航空航天领域，涉及大气数据探测技术，特别是涉及一种大气数据探头支臂及大气数据探测系统


背景技术：

2.飞行器依靠自身和周围气流的实时相对运动完成飞行动作。在飞行器离地起飞、爬升、巡航及降落等的各个阶段，由大气数据系统提供大量的精确信息，如气压高度、上升速度、修正空速、真空速、马赫数、攻角、侧滑角、大气静温和大气密度比等，对保证飞行安全至关重要，也是保证飞行员执行飞行任务的许多关键航电分系统所需的信息。因此，在现代民用和军用飞机上，大气数据系统本身是关键航电系统之一，也是其他航电分系统不可或缺的核心要素。
3.比如飞机在温度低于冰点且含有过冷水滴的云层中飞行时，过冷水滴与飞机部件表面撞击后会发生结冰现象，严重影响飞机的飞行安全。机身外部安装的大气数据探头是大气数据系统极其重要的核心部件。以空速管为例，由于空速管裸露在飞机外部且相对机身位置固定，在结冰飞行条件下，空速管探头唇口和外部支撑管套极易结冰，严重时甚至会堵塞皮托管。空速管结冰将直接影响飞机内飞行数据的指示，可能会导致灾难性后果，因此，针对空速管开展防冰工作至关重要。
4.现有的大气数据探头主要采用加热丝加热的方法防除冰，该方法需要在大气数据探头内部焊接加热丝。然而，现有的大气数据探头直径小，内部空间狭小，除了布置加热丝，还需布置总压、静压、上表面压力、下表面压力管路及腔体隔离盖板等器件，这使得原本就狭小的空间更加紧张。即使采用加热丝贴壁特种焊接工艺和夹具，也容易造成加热丝开裂、探头绝缘性差、探头合格率低等现象。另外，由于加热丝本身具有一定的体积，将其安装在探头内部会反影响探头气路管路及腔体的大小、气动特性等，造成探头体积较大、气动特性较差等问题。而且，加热丝加热方法只能通过对加热丝电流进行通断来控制，不能根据实际情况对大气数据探头防除冰能力进行调节，使大气数据探头一直处于加温状态，不仅能耗高，而且会降低探头的使用寿命。
5.综上所述，大气数据探头是十分重要的航空设备，但是现有的探头防除冰方法存在导致探头绝缘性差、合格率低、使用寿命短、防除冰能耗高的问题，因此，提出一种新的大气数据探头防除冰方案十分迫切且有意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种大气数据探头支臂及大气数据探测系统，以解决上述现有探头防除冰方法需要在探头内部安装加热丝，从而导致探头绝缘性差、合格率低、使用寿命短、防除冰能耗高的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明提供一种大气数据探头支臂，包括：
9.支撑件；
10.多稳态结构，所述多稳态结构包括多个双稳态单胞模型，任意一所述双稳态单胞模型均包括平行四边形框架和设置于所述平行四边形框架内的“y”型支架，所述“y”型支架的第一端部与所述平行四边形框架一组对角中的顶角相连，所述“y”型支架的第二端部和第三端部分别与所述一组对角中底角的两边相连，所述平行四边形框架的所述顶角能够在外力作用下靠近或远离所述底角，以实现所述双稳态单胞模型在第一稳态结构和第二稳态结构之间的转换；所有所述双稳态单胞模型自上至下堆叠且首尾顺序相接，以形成多稳态平行四边形框架，位于所述多稳态平行四边形框架最顶部的所述双稳态单胞模型的所述顶角为外力施加点，位于所述多稳态平行四边形框架最底部的所述双稳态单胞模型的底边与所述支撑件相连；
11.安装接口，所述安装接口与位于所述多稳态平行四边形框架最顶部的所述双稳态单胞模型的顶边相连，所述安装接口用于安装大气数据探头；
12.稳态转变驱动机构，所述稳态转变驱动机构包括传动装置和与所述传动装置相连的驱动装置，所述传动装置与所述外力施加点相连，所述传动装置用于在所述驱动装置的驱动下向所述外力施加点施加外力，以使所述多稳态平行四边形框架中的所述双稳态单胞模型由上至下依次发生第一稳态结构和第二稳态结构之间的转换。
13.可选的，所述多稳态结构包括两个上下堆叠设置的所述双稳态单胞模型，任意一所述双稳态单胞模型的所述平行四边形框架均为菱形框架，其中，位于上方的所述菱形框架的顶边连接所述安装接口，位于上方的所述菱形框架的底边与位于下方的所述菱形框架的顶边相接，位于下方的所述菱形框架的底边与所述支撑件相连。
14.可选的，所述安装接口为内部开设安装空间的柱状结构，所述安装空间内用于安装所述大气数据探头。
15.可选的，所述柱状结构包括沿其轴向依次设置的头部安装段、中部连接段和尾段，其中：
16.所述头部安装段为锥形段，所述头部安装段内部开设有贯穿所述头部安装段轴向两端的头部圆柱孔；
17.所述中部连接段为圆柱段，所述中部连接段的内部开设有贯穿所述中部连接段轴向两端的中部圆柱孔，所述中部连接段的轴向一端与所述头部安装段的大头端相接，且所述中部圆柱孔与所述头部圆柱孔连通；
18.所述尾段为子弹头状，所述尾段的内部开设有尾部孔，所述尾部孔的一端贯穿所述尾段的大头端，所述尾段的大头端与所述中部连接段的轴向另一端相接，且所述尾部孔与所述中部圆柱孔连通；所述尾段的小头端封闭。
19.可选的，所述头部安装段和/或所述中部连接段的侧壁开设有螺纹孔，所述螺纹孔内用于安装紧固探头的螺钉。
20.可选的，所述头部安装段、所述中部连接段和所述尾段的材质为铝合金或镍。
21.可选的，所述传动装置为曲柄传动机构，其包括曲柄长杆和曲柄短杆，所述曲柄长杆的长度大于所述曲柄短杆的长度，其中：
22.所述曲柄长杆的第一端铰接于所述外力施加点；
23.所述曲柄短杆的第一端与所述曲柄长杆的第二端铰接，所述曲柄短杆的第二端与
所述驱动装置相连，所述驱动装置用于驱动所述曲柄短杆转动，进而带动所述曲柄长杆沿所述一组对角的角连接线作直线往复运动。
24.可选的，所述曲柄长杆设置两根，两根所述曲柄长杆对称分布于所述多稳态平行四边形框架的两侧，且两根所述曲柄长杆的第一端均铰接于所述外力施加点，两根所述曲柄长杆的第二端与同一根所述曲柄短杆的第一端铰接。
25.可选的，所述驱动装置包括：
26.舵机，所述舵机的输出端与所述曲柄短杆的第二端相连；
27.机箱，所述机箱的顶部与所述支撑件相连，所述舵机设置于所述机箱内，且所述机箱的底板和所述支撑件上均开设有曲柄短杆旋转避让豁口。
28.此外，本发明提出一种大气数据探测系统，包括大气数据探头、计算机和如上所述的大气数据探头支臂，所述大气数据探头安装于所述大气数据探头支臂的所述安装接口，所述大气数据探头和所述稳态转变驱动机构均与所述计算机通讯连接。
29.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
30.本发明提出的大气数据探头支臂，通过安装接口安装大气数据探头，从而使探头支臂与大气数据探头形成一个整体，通过双稳态结构与稳态转变驱动机构相互配合的方式，实现双稳态结构在各个稳态结构之间的转换，从而驱动安装接口连同大气数据探头进行往复移动，由探头支臂与大气数据探头形成的整体结构的姿态不断转换，从而达到对该整体结构外表面破冰、除冰的效果，进而实现对大气数据探头放除冰的效果。该大气数据探头支臂结构新颖合理，相比传统在大气数据探头内焊接加热丝的防除冰方法，该支臂在外部支撑大气数据探头，不会影响大气数据探头本身结构和性能，具有加工制造简单、使用方便、支臂破冰能力强、绝缘性好等优点。
31.本发明提出的大气数据探测系统，包含上述大气数据探头支臂，具有上述大气数据探头支臂所具有的破冰、防冰效果，在此不再赘述。在该探测系统中，大气数据探头支臂的防除冰能力通过双稳态结构稳态的往复转变体现，可通过飞行员或大气数据计算机根据实际情况而调节，避免无结冰阻碍时双稳态结构仍处于工作状态，保证了大气数据探头的使用寿命，同时降低了双稳态结构的能耗。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例所公开的大气数据探头支臂的整体结构示意图；
34.图2为本发明实施例所公开的大气数据探头支臂中安装接口的结构示意图；
35.图3为本发明实施例所公开的大气数据探头支臂中多稳态结构的结构示意图；
36.图4为本发明实施例所公开的大气数据探头支臂中多稳态结构与传动装置的装配示意图；
37.图5为本发明实施例所公开的稳态转变驱动机构中传动装置的结构示意图；
38.图6为本发明实施例所公开的多稳态结构与安装接口、支撑件的装配示意图；
39.图7为本发明实施例所公开的支撑件与驱动装置中机箱的装配示意图；
40.图8为本发明实施例所公开的稳态转变驱动机构中驱动装置的内部结构示意图。
41.其中，附图标记为：
42.100，大气数据探头支臂；
43.1、安装接口；2、多稳态结构；3、传动装置；4、驱动装置；5、电缆；6、头部安装段；7、中部连接段；8、尾段；9、螺纹孔；10、“y”型支架；11、销轴；12、曲柄长杆；13、销轴；14、曲柄短杆；15、支撑件；16、机箱；17、螺钉；18、平行四边形框架；19、舵机；20、曲柄短杆旋转避让豁口；21、安装空间。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.本发明的目的之一是提供一种大气数据探头支臂，以解决现有探头防除冰方法需要在探头内部安装加热丝，从而导致探头绝缘性差、合格率低、使用寿命短、防除冰能耗高的问题。
46.本发明的另一目的还在于提供一种具有上述大气数据探头支臂的大气数据探测系统，以解决现有探头防除冰方法需要在探头内部安装加热丝，从而导致探头绝缘性差、合格率低、使用寿命短、防除冰能耗高的问题。
47.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
48.实施例一
49.如图1-图8所示，本实施例提供一种大气数据探头支臂100，其具体是一种基于双稳态智能结构技术的大气数据探头支臂，能够实现探头防冰、除(破)冰效果。该大气数据探头支臂100主要包括支撑件15、多稳态结构2、安装接口1和稳态转变驱动机构。其中，多稳态结构2包括多个双稳态单胞模型，任意一双稳态单胞模型均包括平行四边形框架18和设置于平行四边形框架18内的“y”型支架10，“y”型支架10具有呈放射状分布的三根杆，其中一根长杆，两根短杆，两根短杆同时连接于长杆的一端，从而构成“y”型。如图1、3、4所示，“y”型支架10中长杆的另一端作为“y”型支架10的第一端部，与平行四边形框架18的一组对角中的顶角，即位于上方的一角相连，两根短杆的另一端分别作为“y”型支架10的第二端部和第三端部，分别与上述一组对角中底角，即位于下方的一角的两边相连，平行四边形框架18的前述顶角能够在外力作用下靠近或远离前述底角，以实现双稳态单胞模型在第一稳态结构和第二稳态结构之间的转换，其中第一稳态结构为双稳态单胞模型的初始状态，此时双稳态单胞模型不受外力，其平行四边形框架18的顶边和底边之间的间距最大，在双稳态单胞模型的顶角受外力后，该顶角会沿上述对角的角连接线向底角方向靠近，此过程中平行四边形框架18底边相对不动，平行四边形框架18顶边在外力牵引作用下靠近底边，从而使平行四边形框架18的顶边和底边之间的距离呈非线性减小，直至由于“y”型支架10的支撑作用，平行四边形框架18的顶边和底边之间的距离无法继续减小，达到双稳态单胞模型的
第二稳态结构。双稳态单胞模型是高度几何非线性的智能变形结构，具有上述两种稳定的构型，能在不连续施加外力的情况下保持在各自的平衡位置，在外力驱动作用下，双稳态单胞模型又能够在其第一稳态结构和第二稳态结构之间往复转换的。本实施例的多稳态结构2中所有双稳态单胞模型自上至下堆叠且首尾顺序相接，即相邻两个双稳态单胞模型中，上方的双稳态单胞模型的底边与下方的双稳态单胞模型的顶边相接，或共用一边，从而形成大的多稳态平行四边形框架，该多稳态平行四边形框架为多稳态结构2的整体框架，与每个双稳态单胞模型中的平行四边形框架18是相似平行四边形的关系，位于多稳态平行四边形框架最顶部的双稳态单胞模型的顶角为整个多稳态平行四边形框架的外力施加点，位于多稳态平行四边形框架最底部的双稳态单胞模型的底边则与上述支撑件15相连，支撑件15可为支撑板件结构，以安装并支撑上述的多稳态结构2。前述安装接口1与位于多稳态平行四边形框架最顶部的双稳态单胞模型的顶边相连，安装接口1用于安装大气数据探头。稳态转变驱动机构包括传动装置3和与传动装置3相连的驱动装置4，传动装置3与前述的外力施加点相连，传动装置3用于在驱动装置4的驱动下向外力施加点施加外力，以使多稳态平行四边形框架中的双稳态单胞模型由上至下逐个发生第一稳态结构和第二稳态结构之间的转换，比如，如果传动装置3对外力施加点施加拉力，则首先由顶部第一个双稳态单胞模型发生第一稳态结构向第二稳态结构的转变，然后是顶部第二个双稳态单胞模型发生第一稳态结构向第二稳态结构的转变、顶部第三个双稳态单胞模型发生第一稳态结构向第二稳态结构的转变......以此类推。
50.本实施例中，双稳态单胞模型可采用复合材料构成，一般具有一定的粘弹性，可由三维编织技术形成。
51.本实施例中，如图3所示，优选多稳态结构2是由两个双稳态单胞模型上下堆叠而成的长方形智能结构。其中，任意一双稳态单胞模型的平行四边形框架18均为菱形框架，即平行四边形框架18的四边边长相同。该菱形框架更优选地为一种正方形框架，在不受外力作用下，即平行四边形框架18处于第一稳态结构时，平行四边形框架18是正方形，其第二稳定结构则是菱形。相应的如图3所示，多稳态结构2的多稳态平行四边形框架为由两个正方形框架堆叠而成的长方形框架，在该长方形框架中，外力施加点位于其右上角。该长方形框架总共具有三个稳态结构，不受任何外力时为多稳态平行四边形框架的第一稳态结构，此时两个平行四边形框架18均为正方形，多稳态平行四边形框架为长方形；受外力时，首先是上方的平行四边形框架18转换为第二稳态结构，此时上方的平行四边形框架18为菱形，而下方的平行四边形框架18仍然处于其自身的第一稳态结构(正方形)，即当上方平行四边形框架18为第二稳态结构、下方平行四边形框架18为第一稳态结构时，处于整个多稳态平行四边形框架的第二稳态结构；之后外力继续同向施加，下方平行四边形框架18也开始有其自身的第一稳态结构向第二稳态结构转变，直至下方平行四边形框架18也处于其自身的第二稳态结构，整个多稳态平行四边形框架达到第三稳态结构。
52.本实施例中，在前述双稳态单胞模型的平行四边形框架18均为菱形框架的基础上，将“y”型支架10也设置为对称结构，即“y”型支架10的两根短杆以长杆为中心对称分布，且两短杆与菱形框架底角的两边连接后，两短杆与菱形框架围合形成的图形与菱形框架之间为相似菱形的关系。本实施例在平行四边形框架18采用“y”型支架10进行三点支撑，能够有效保证双稳态单胞模型的结构稳定性。
53.进一步地，本实施例中，位于上方的菱形框架的顶边可通过焊接或3d打印或粘接的方式连接在安装接口1的底部，位于上方的菱形框架的底边与位于下方的菱形框架的顶边相接或共用一边，位于下方的菱形框架的底边可通过焊接或3d打印或粘接的方式连接在支撑件15的上方。
54.本实施例中，如图1、图2和图6所示，安装接口1为内部开设安装空间21的柱状结构，安装空间21内用于安装大气数据探头。具体的，该柱状结构包括沿其轴向依次设置的头部安装段6、中部连接段7和尾段8，其中，头部安装段6设置为锥形段，头部安装段6内部开设有贯穿头部安装段6轴向两端的头部圆柱孔，中部连接段7为圆柱段，中部连接段7的内部开设有贯穿中部连接段7轴向两端的中部圆柱孔，中部连接段7的轴向一端与头部安装段6的大头端相接，且中部圆柱孔与头部圆柱孔连通；尾段8呈子弹头状，尾段8的内部开设有尾部孔，尾部孔的一端贯穿尾段8的大头端，尾段8的大头端与中部连接段7的轴向另一端相接，且尾部孔与中部圆柱孔连通，尾段8的小头端封闭。至此，上述头部圆柱孔、中部圆柱孔以及尾部孔依次连通形成前述的安装空间21，大气数据探头从头部圆柱孔装入安装空间21内。头部安装段6作为安装接口1的头部，将其外壁面设置为锥形面，该锥形面作为迎风面，由头部向尾部逐渐扩大，能够有效减小风阻对前端直管气动的影响；尾段8呈子弹状，也使得安装接口1整体呈子弹状。
55.本实施例中，可在头部安装段6和/或中部连接段7的侧壁开设螺纹孔9，螺纹孔9内用于安装紧固探头的螺钉。作为优选方案，可仅在中部连接段7或头部安装段6开设螺纹孔9，更优选地，为了保障安装接口1的整体结构强度，仅在中部连接段7的侧壁开设螺纹孔9，可沿中部连接段7的周向均匀开设多个螺纹孔9，螺纹孔9贯穿中部连接段7的外壁和内壁，在其内安装螺钉，可通过旋紧螺钉实现对内部探头的顶紧、加固。一般情况下，在安装大气数据探头直管时，先将直管台阶通过焊接或粘接等方式固定安装在安装空间21内，然后再通过在螺纹孔9安装螺钉进行进一步的紧固。
56.本实施例中，前述头部安装段6、中部连接段7和尾段8优选为一体成型结构，不同段之间也可采用螺纹连接的方式进行组装。为了减轻重量并保证一定的强度，头部安装段6、中部连接段7和尾段8的材质均优选采用铝合金或镍制作而成。以头部安装段6、中部连接段7和尾段8均优选镍制作为例，头部安装段6的内直径，即头部圆柱孔直径为14mm，小头端外直径为15mm，大头端外直径为18mm；中部连接段7的内直径，即中部圆柱孔的直径为14mm，外直径为18mm；尾段8的轴向长度为20mm，尾段8的尾部孔和外壁的尺寸均由头部至尾部逐渐聚缩，整体呈子弹头状。
57.本实施例中，传动装置3优选为曲柄传动机构，其包括曲柄长杆12和曲柄短杆14，顾名思义，曲柄长杆12的长度大于曲柄短杆14的长度，其中，曲柄长杆12的第一端(顶端)可通过销轴11铰接于前述外力施加点，曲柄短杆14的第一端(顶端)与曲柄长杆12的第二端(底端)通过销轴13进行铰接，且销轴11平行于销轴13设置，曲柄短杆14的第二端(底端)与驱动装置4相连，驱动装置4用于驱动曲柄短杆14转动，进而带动曲柄长杆12沿前述一组对角的角连接线作直线往复运动，以实现任意一双稳态单胞模型在第一稳态结构和第二稳态结构之间的往复转换。曲柄短杆14在驱动装置4的驱动下，绕其回转中心旋转，一般情况下，曲柄短杆14旋转一周，将带动曲柄长杆12往复移动一次，即曲柄短杆14的回转运动带动曲柄长杆12做往复移动的周期性运动。曲柄长杆12的运动将对多稳态结构2的右上角外力施
加点施加驱动载荷，进而带动多稳态结构2进行往复变形和运动。通过曲柄传动机构与多稳态结构2相结合，可保证大气数据探头支臂进行往复变形和运动，从而达到破冰、防冰的效果。
58.本实施例中，曲柄长杆12优选设置两根，两根曲柄长杆12对称分布于多稳态平行四边形框架的两侧，且两根曲柄长杆12的第一端(顶端)均通过销轴11铰接于外力施加点，两根曲柄长杆12的第二端(底端)通过同一根销轴13与同一根曲柄短杆14的第一端(顶端)铰接，如图5所示。在多稳态平行四边形框架的两侧对称设置曲柄长杆12，保证了后期外部载荷驱动的对称性，消除了载荷施加不均对多稳态平行四边形框架的变形造成的影响。
59.本实施例中，前述驱动装置4包括机箱16、舵机19和电缆5等，机箱16为带底箱体，支撑件15为支撑板件，并通过螺钉17安装于机箱16的顶部开口处，从而实现对机箱16的封闭。舵机19设置于机箱16内，舵机19的输出端与曲柄短杆14的第二端(底端)相连，以驱动曲柄短杆14转动，由于舵机19设置于机箱16内，为了避免对曲柄传动机构的运转产生干涉，可在机箱16的底板和支撑件15上均开设曲柄短杆旋转避让豁口20，以供曲柄短杆14顺畅转动、曲柄长杆12顺畅直线移动。作为优选方案，上述机箱16优选为圆柱形机箱，支撑件15对应设置为与其适配的圆形支撑板件，如图7所示。
60.实际操作中，舵机19可通过轴等与曲柄短杆14相连，并通过螺钉17装配于支撑件15的下表面或机箱16底板的上表面，同时舵机19可经过电缆5与大气数据计算机相连。飞行员或大气数据计算机，可根据实际情况调节舵机19对曲柄短杆14的驱动转速和驱动频率等参数，进而调节防除冰等级，并由大气数据计算机产生pwm控制信号，舵机19内置电路板接收到pwm控制信号并判断曲柄短杆14的转动的角度及方向，从而带动曲柄短杆14的进行旋转运动。这种旋转运动的频率将根据pwm信号频率变化而变化。
61.本实施例中，大气数据探头支臂100既为大气数据探头的安装支撑部件，同时又能够防止探头在高空或寒冷天气时结冰，还能在探头结冰后实现破冰、除冰。大气数据探头支臂100所安装的大气数据探头可为感受飞行器飞行总压、静压、动压、探头上表面压力、探头下表面压力等压力数据的大气数据探头。其中，上、下两个双稳态单胞模型的平行四边形框架18与“y”型支架10为一体成型结构，并优选采用tpu-95a材料(比如热塑性聚氨酯弹性体橡胶)3d打印而成。
62.下面对本实施例上述大气数据探头支臂100的工作原理进行说明：
63.大气数据探头支臂100中，上下双稳态单胞模型均无外力驱动时，为初始稳态，即第一稳态结构，初始稳态下，上、下两个双稳态单胞模型的平行四边形框架18均为正方形；当上方双稳态单胞模型右上角受到外力驱动后，沿着其对角线向左下角挤压，上方双稳态单胞模型的平行四边形框架18首先发生形变，下方双稳态单胞模型的平行四边形框架18仍处于初始稳态，此时为大气数据探头支臂100二阶稳态，二阶稳态中，上方双稳态单胞模型的平行四边形框架18处于其自身的第二稳态结构，下方双稳态单胞模型的平行四边形框架18处于其自身的第一稳态结构；外力载荷继续下压，使得下方双稳态单胞模型的平行四边形框架18也发生形变，直至上下双稳态单胞模型的平行四边形框架18均处于第二稳态结构时，到达大气数据探头支臂100的三阶稳态。在本实施例中，上述外力载荷由驱动装置4施加，具体为：舵机19驱动曲柄短杆14转动，从而带动曲柄长杆12作直线往复运动，为多稳态结构2提供驱动力，该驱动力对多稳态结构2产生推或者拉的外载荷，比如当驱动力对多稳
态结构2产生拉的外载荷时，带动多稳态结构2由初始稳态向二阶稳态变化，继续加大该拉力载荷，使得多稳态结构2继续由二阶稳态向三阶稳态变化。当驱动力对多稳态结构2产生推的外载荷时，可带动多稳态结构2由三阶稳态向二阶稳态变化，继续加大推力载荷，可使得多稳态结构2由二阶稳态向初始稳态变化。通过驱动多稳态结构2在多个稳态之间转变，实现大气数据探头支臂100整体结构的变形和运动。实际操作中，飞行员或大气数据计算机根据结冰实际情况或飞行器外部气候条件等，对驱动装置的pwm信号进行调制，从而改变大气数据探头支臂100整体结构往复变形和运动的频率，最终达到探头破冰、防除冰的效果。以多稳态结构2处于初始稳态时，整体高度为87mm，整体宽度为46mm，整体厚度为6mm为例，多稳态结构2的二阶稳态、三阶稳态和初始稳态相比，在高度上分别降低了8mm左右、16mm左右，并能够在每一阶状态保持稳定。
64.本实施例提出的上述基于双稳态智能结构技术的大气数据探头支臂已经过大量工程试验验证，具有以下优点：
65.1、该大气数据探头支臂100基于双稳态智能结构实现防除冰，相比传统大气数据探头加热丝防除冰方法，本技术方案采用大气数据探头支臂100安装并支撑大气数据探头，大气数据探头与大气数据探头支臂100作为一个整体结构，会基于双稳态智能结构在探测过程中不断发生姿态变换，即使该整体结构外部结冰，也可因为其姿态变换而破坏外部形成的冰层，达到破冰、除冰效果；同时，由于由大气数据探头与大气数据探头支臂100形成的结构不断通过双稳态智能结构进行伸缩运动，使得大气数据探头相对飞行器位置不断转换，可有效防止大气数据探头外部结冰，从而达到防冰效果。该大气数据探头支臂100具有加工制造简单、支臂破冰能力强、绝缘性好等优点。
66.2、该大气数据探头支臂100防除冰能力可通过飞行员或大气数据计算机根据实际情况而调节，保证了大气数据探头的使用寿命并降低了能耗。
67.3、该大气数据探头支臂100为通用化探头支臂，能实现多种形式大气数据探头直管(如总压直管，总静压直管，总静压与上、下表面压力直管等)的安装，可作为独立的内场可更换单元，维修维护方便。
68.需要说明的是，实际操作中，多稳态结构2中双稳态单胞模型的设置数量还可以是三个、四个甚至更多，所形成的多稳态结构2的稳态形式也会增多。除设置多个，多稳态结构2也可仅由一个双稳态单胞模型构型，对双稳态单胞模型的尺寸进行相应调整即可。由此可见，本技术方案提出的多稳态结构2并不限于前述由两个双稳态单胞模型叠加组成，其双稳态单胞模型的设置数量以及双稳态单胞模型的结构尺寸均是可以根据实际需求进行适应性调整的。
69.实施例二
70.本实施例提出一种大气数据探测系统，包括大气数据探头、计算机和如实施例一中公开的大气数据探头支臂100，大气数据探头安装于大气数据探头支臂100的安装接口1的安装空间21内，大气数据探头和稳态转变驱动机构均与计算机通讯连接。实际操作中，飞行员或大气数据计算机根据结冰实际情况或飞行器外部气候条件等，对驱动装置的pwm信号进行调制，从而改变大气数据探头支臂100整体结构往复变形和运动的频率，最终达到探头破冰、防除冰的效果。
71.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例
的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
72.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种大气数据探头支臂，其特征在于，包括：支撑件；多稳态结构，所述多稳态结构包括多个双稳态单胞模型，任意一所述双稳态单胞模型均包括平行四边形框架和设置于所述平行四边形框架内的“y”型支架，所述“y”型支架的第一端部与所述平行四边形框架一组对角中的顶角相连，所述“y”型支架的第二端部和第三端部分别与所述一组对角中底角的两边相连，所述平行四边形框架的所述顶角能够在外力作用下靠近或远离所述底角，以实现所述双稳态单胞模型在第一稳态结构和第二稳态结构之间的转换；所有所述双稳态单胞模型自上至下堆叠且首尾顺序相接，以形成多稳态平行四边形框架，位于所述多稳态平行四边形框架最顶部的所述双稳态单胞模型的所述顶角为外力施加点，位于所述多稳态平行四边形框架最底部的所述双稳态单胞模型的底边与所述支撑件相连；安装接口，所述安装接口与位于所述多稳态平行四边形框架最顶部的所述双稳态单胞模型的顶边相连，所述安装接口用于安装大气数据探头；稳态转变驱动机构，所述稳态转变驱动机构包括传动装置和与所述传动装置相连的驱动装置，所述传动装置与所述外力施加点相连，所述传动装置用于在所述驱动装置的驱动下向所述外力施加点施加外力，以使所述多稳态平行四边形框架中的所述双稳态单胞模型由上至下依次发生第一稳态结构和第二稳态结构之间的转换。2.根据权利要求1所述的大气数据探头支臂，其特征在于，所述多稳态结构包括两个上下堆叠设置的所述双稳态单胞模型，任意一所述双稳态单胞模型的所述平行四边形框架均为菱形框架，其中，位于上方的所述菱形框架的顶边连接所述安装接口，位于上方的所述菱形框架的底边与位于下方的所述菱形框架的顶边相接，位于下方的所述菱形框架的底边与所述支撑件相连。3.根据权利要求1或2所述的大气数据探头支臂，其特征在于，所述安装接口为内部开设安装空间的柱状结构，所述安装空间内用于安装所述大气数据探头。4.根据权利要求3所述的大气数据探头支臂，其特征在于，所述柱状结构包括沿其轴向依次设置的头部安装段、中部连接段和尾段，其中：所述头部安装段为锥形段，所述头部安装段内部开设有贯穿所述头部安装段轴向两端的头部圆柱孔；所述中部连接段为圆柱段，所述中部连接段的内部开设有贯穿所述中部连接段轴向两端的中部圆柱孔，所述中部连接段的轴向一端与所述头部安装段的大头端相接，且所述中部圆柱孔与所述头部圆柱孔连通；所述尾段为子弹头状，所述尾段的内部开设有尾部孔，所述尾部孔的一端贯穿所述尾段的大头端，所述尾段的大头端与所述中部连接段的轴向另一端相接，且所述尾部孔与所述中部圆柱孔连通；所述尾段的小头端封闭。5.根据权利要求4所述的大气数据探头支臂，其特征在于，所述头部安装段和/或所述中部连接段的侧壁开设有螺纹孔，所述螺纹孔内用于安装紧固探头的螺钉。6.根据权利要求4所述的大气数据探头支臂，其特征在于，所述头部安装段、所述中部连接段和所述尾段的材质为铝合金或镍。7.根据权利要求1或2所述的大气数据探头支臂，其特征在于，所述传动装置为曲柄传
动机构，其包括曲柄长杆和曲柄短杆，所述曲柄长杆的长度大于所述曲柄短杆的长度，其中：所述曲柄长杆的第一端铰接于所述外力施加点；所述曲柄短杆的第一端与所述曲柄长杆的第二端铰接，所述曲柄短杆的第二端与所述驱动装置相连，所述驱动装置用于驱动所述曲柄短杆转动，进而带动所述曲柄长杆沿所述一组对角的角连接线作直线往复运动。8.根据权利要求7所述的大气数据探头支臂，其特征在于，所述曲柄长杆设置两根，两根所述曲柄长杆对称分布于所述多稳态平行四边形框架的两侧，且两根所述曲柄长杆的第一端均铰接于所述外力施加点，两根所述曲柄长杆的第二端与同一根所述曲柄短杆的第一端铰接。9.根据权利要求7所述的大气数据探头支臂，其特征在于，所述驱动装置包括：舵机，所述舵机的输出端与所述曲柄短杆的第二端相连；机箱，所述机箱的顶部与所述支撑件相连，所述舵机设置于所述机箱内，且所述机箱的底板和所述支撑件上均开设有曲柄短杆旋转避让豁口。10.一种大气数据探测系统，其特征在于，包括大气数据探头、计算机和如权利要求1～9任意一项所述的大气数据探头支臂，所述大气数据探头安装于所述大气数据探头支臂的所述安装接口，所述大气数据探头和所述稳态转变驱动机构均与所述计算机通讯连接。

技术总结
本发明公开一种大气数据探头支臂及大气数据探测系统，属于航空航天领域。通过安装接口安装大气数据探头，并通过双稳态结构与稳态转变驱动机构相互配合的方式，实现双稳态结构在各个稳态结构之间的转换，从而驱动安装接口连通大气数据探头进行往复移动，达到破冰、除冰的效果。该大气数据探头支臂结构新颖合理，相比传统在大气数据探头内焊接加热丝的防除冰方法，该支臂在外部支撑大气数据探头，不会影响大气数据探头本身结构和性能，具有加工制造简单、使用方便、支臂破冰能力强、绝缘性好等优点。大气数据探头支臂的防除冰能力可通过飞行员或大气数据计算机根据实际情况而调节，保证了大气数据探头的使用寿命，同时降低了双稳态结构的能耗。态结构的能耗。态结构的能耗。


技术研发人员：粟强 李彤 沈星
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.11.14
技术公布日：2023/4/4