一种新型含可修复关节的仿生柔性扑翼、飞行器的制作方法

2021-02-14 21:02:47|

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本实用新型主要涉及扑翼飞行器领域，尤其涉及一种新型含可修复关节的仿生柔性扑翼。

背景技术：

扑翼飞行器的扑翼承受高频率的交变载荷。在扑翼中作为主要支撑构件的是梁，最容易出现裂纹损伤的是梁互相连接的部位。

目前，由于现有技术的限制，人工扑翼飞行器尚未发展具有自修复功能的扑翼结构。扑翼飞行器的发展受到自然界中昆虫扑翼飞行的启发。

昆虫翅脉内部一般含有体液，一旦关节处出现损伤，翅脉内部的体液便会渗漏，造成昆虫失去飞行能力甚至死亡。但是这种现象在自然界中却鲜有发生。一方面，昆虫翅膀的结构和材料具很好的强度和抗疲劳性能，另一方面，更重要的是翅膀自身对于损伤具有一定的修复功能。

基于师法自然的仿生思想，本实用新型根据昆虫翅膀结构和功能的特点，提出一种新型含可修复关节的仿生柔性扑翼结构。这对于人工扑翼飞行器的发展具有重要的启发意义。

技术实现要素：

本实用新型的第一方面提供一种新型含可修复关节的仿生柔性扑翼，柔性扑翼的一端为固定端，另一端为自由端，所述柔性扑翼包括蒙皮和骨架，蒙皮包围在骨架外且固定于骨架上，骨架由展向梁和弦向梁组成，相邻的展向梁通过弦向梁连接，展向梁和弦向梁的连接处设置关节。

如图3、图4所示，在一些实施方式中，所述弦向梁和展向梁为中空管，管内含有液体。

弦向梁和展向梁的内部构成微通道。

本实用新型对柔性扑翼的展弦比不做特别限定，可以根据具体使用条件而定。根据常见的若干中情况，所述展弦比可以为8:3、3:2、4:3、2:1等。

在一些实施方式中，所述柔性扑翼的展弦比为1:99-99:1。

如图1所示，在一些实施方式中，所述柔性扑翼的展弦比为8:3。

如图2所示，在一些实施方式中，所述柔性扑翼的展弦比为3:2。

在一些实施方式中，所述关节的材质为含有环氧树脂的材料。

本实用新型中，含有环氧树脂的材料可以直接购买或按照现有技术制备得到，其具体实例包括但不限于，包裹了grubbs催化剂的环氧树脂、环氧树脂、环氧树脂/固化剂体系、环氧树脂和聚氨酯复合材料、玻璃钢复合材料。

本实用新型中，环氧树脂/固化剂体系中含有两种微胶囊，一种微胶囊中包裹了环氧树脂预聚物，另一种微胶囊中包裹了固化剂。当关节收到损伤，外溢的环氧树脂预聚物便会在固化剂的作用下固化。

在一些实施方式中，所述液体为修复液或固化剂。

本实用新型中，修复液、固化剂可以直接购买或按照现有技术制备得到，其具体实例包括但不限于，双环戊二烯、环氧树脂固化剂、氰酸酯。从固化的方式考虑，其具体实例包括但不限于，光固化剂、热固化剂。

在一些实施方式中，所述固化剂的具体实例可以列举出，例如，异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体。

在一些实施方式中，所述弦向梁中的每一条弦向梁连接两条展向梁。

本实用新型的第二方面提供一种飞行器，采用如上所述的柔性扑翼。

发明人在研究中发现，本实用新型所提供的柔性扑翼在关节处能够起到优秀的抗疲劳破坏作用。发明人认为，在扑翼荷载作用下关节处容易产生应力集中，如图5所示，长期在周期载荷作用下容易出现疲劳裂纹，引起结构破坏。发明人发现，在展向梁和弦向梁连接的关节处采用特定材料，能够使该应力集中处具有一定的抗疲劳破坏作用，发明人推测可能与特定材料的韧性有关，但是关节处仍然会不可避免的产生裂纹。在研究过程中，发明人在柔性扑翼的展向梁和弦向梁的内部充入液体时，特别是修复液或固化剂时，能够在裂纹由外向内进行扩展至展向梁和弦向梁的内部微通道，通道内的液体会渗入裂纹，对裂纹进行填充和修复，阻止裂纹进一步扩展而引起断裂破坏，导致柔性扑翼的结构损坏。

该修复过程中，物质补充来自于管内液体，能量补充来自于化学反应。

附图说明

图1为在一种实施方式中本实用新型提供的新型含可修复关节的仿生柔性扑翼的示意图；

图2为在一种实施方式中本实用新型提供的新型含可修复关节的仿生柔性扑翼的示意图；

图3为在一种实施方式中关节的示意图；

图4为在一种实施方式中关节的示意图；

图5为关节处应力分布示意图；

图中各标记如下，1为固定端，2为展向梁，3为弦向梁，4为关节，5为蒙皮，6为微通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。

实施例1

如图1，一种新型含可修复关节的仿生柔性扑翼，柔性扑翼的一端为固定端1，另一端为自由端，所述柔性扑翼包括蒙皮5和骨架，蒙皮包围在骨架外且固定于骨架上，骨架由展向梁2和弦向梁3组成，相邻的展向梁通过弦向梁连接，展向梁和弦向梁的连接处设置关节4。