專利名稱：能以連續(xù)且受控的方式變形的氣動或液動的外形的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣動或液動外形的領(lǐng)域，更具體地涉及能夠變形以使 其形狀適應(yīng)工作條件的外形的領(lǐng)域，例如，從而獲得在流體中的特定 的軌跡或更好的穿透。該流體當(dāng)然可以是氣態(tài)、蒸汽態(tài)或液態(tài)。
更具體地，本發(fā)明涉及能夠以連續(xù)且受控的方式變形的氣動或液 動的外形。
背景技術(shù)：
許多類型的外形的形狀都能被更改。如此，文件EP 0 958 999描 述了一種氣動外形，其后緣能夠通過線性機械制動器繞軸樞軸轉(zhuǎn)動。 但是該類制動器的缺點是不方便、體積大并且相對比較沉重，從而使 其不易于安裝，且在薄和/或輕的外形方面也不是最佳的。
文件WO 2004/069651描述了一種氣動外形，其能夠通過壓電制 動器而變形。但是該類制動器不能夠完成較大幅度的運動或顯著的變 形，并且常常需要集成機械放大器，這導(dǎo)致了需要能量輸入以及更沉 重、體積更大且更昂貴的結(jié)構(gòu)。
也有將形狀記憶合金用作為制動器的裝置，使其能夠移動氣動外 形上的副翼。但是這些裝置是不能前進的，即，其不能獲得前進的且 可逆的移動或變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是解決上述問題，更具體地說，提出了能夠以連續(xù) 且受控的方式變形并具有簡單的輕型結(jié)構(gòu)的氣動或液動的外形或部 分。另外，外形應(yīng)該消耗少量的能量。因此，外形還應(yīng)該具有完全氣 密的外表面或殼體，當(dāng)外形變形時，該殼體的外壁不會折疊。
為了該目的，本發(fā)明的目的是氣動的或液動的外形，該外形能夠以連續(xù)且受控的方式變形，其最基本地包括安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的殼體， 該外形的特征在于，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有沿外形橫截面的縱向軸延伸的芯 部，并且該芯部具有由復(fù)合材料制成的至少一個活動部分，該活動部 分在該復(fù)合材料的至少一個活動層內(nèi)的可調(diào)整的溫度變化的影響下具 有連續(xù)且受控的變形，這在對應(yīng)于該活動部分的外形的殼體區(qū)域內(nèi)引 起了相應(yīng)方向和幅度的變形。


根據(jù)下文的描述，參考作為非限制性實施例給出的并參考示意性附圖解釋的優(yōu)選的實施方案，將能更好地理解本發(fā)明，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的外形的示意性透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的外形在未變形和變形狀態(tài)下的幾何形狀的剖 視圖；圖3是在變形狀態(tài)下裝配有鎖定裝置的外形的局部剖視圖；以及 圖4是根據(jù)本發(fā)明的外形的殼體的細節(jié)的剖視圖。
具體實施方式
附圖的圖1到4示出了根據(jù)本發(fā)明的氣動或液動的外形l,外形1 能夠以連續(xù)且受控的方式變形，其最基本地包括安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的 殼體。其特征在于，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有沿外形1的橫截面的縱向軸延伸 的芯部2，芯部2具有至少一個活動部分，該活動部分由復(fù)合材料制 成，在該復(fù)合材料的至少一個活動層內(nèi)的可調(diào)整的溫度變化的作用使 得該活動部分連續(xù)且受控的變形，在對應(yīng)于該活動部分的外形1的殼 體的區(qū)域內(nèi)，這導(dǎo)致了相應(yīng)方向和幅度的變形。根據(jù)本發(fā)明，能夠制成外形1使得其變形同時針對位于活動部分 的水平上的殼體的各區(qū)域。其優(yōu)點是非常容易地根據(jù)其使用和其使用 的條件調(diào)整該外形1。位于外形1的芯部2的水平的活動區(qū)域用于使外形1變形。在芯 部2上定位這些活動區(qū)域能夠使這些活動區(qū)域與周圍的熱擾動隔離 開，從而使它們只受受控的溫度變化的影響。這些活動區(qū)域可具有與本申請人的第04 02163號法國專利申請中 描述的復(fù)合材料的活動區(qū)域一致的結(jié)構(gòu)。例如，它們可為層壓的。 該復(fù)合材料可為多層類型，并且可由樹脂和纖維構(gòu)成。 根據(jù)本發(fā)明，芯部2的每個活動部分均可具有至少一個非活動層，
不同的膨脹特性的材料能夠獲得該活動區(qū)域和芯部2的變形，并從而 獲得外形1的變形。
根據(jù)用于制成活動區(qū)域的材料及其膨脹系數(shù)，將芯部2的至少一 個活動部分連接至加熱源或冷卻源是可能的。當(dāng)然，在外形l具有多 個活動區(qū)域的情況下，所有這些活動區(qū)域都能夠被連接至加熱源或冷 卻源，或者一些活動區(qū)域能夠被連接至加熱源，其它活動區(qū)域能夠被 連接至冷卻源。將芯部2的一個或多個活動部分既連接至加熱源又連 接至冷卻源是可能的，從而獲得對變形更精確、更快的調(diào)整。
芯部2的活動部分能夠在沒有物理連接器的情況下被連接至源。 例如，能夠利用波(例如像微波一樣的高頻波)激勵活動部分。
在具有物理連接器的情況下，能夠利用一個或多個傳導(dǎo)活動層， 該傳導(dǎo)活動層由電傳導(dǎo)材料制成，并且由電線連接至一個或多個功率 可調(diào)的電源，而一個或多個非活動層能夠由非電傳導(dǎo)但熱傳導(dǎo)的材料 制成。
關(guān)于冷卻源，例如，其形式可以是一個或多個噴嘴，該噴嘴在芯 部2的一個或多個活動部分的方向上噴射空氣流。
在兩種情況中，為了控制該源以使其造成對應(yīng)于所期望的外形1 的變形的溫度變化，該源可由控制裝置控制，同時考慮一定數(shù)量的變 量，例如施壓在外形1上的壓強，其方向或前進的軌跡。因此，外形 1被制成智能的并且自動地調(diào)整其形狀。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)點并且如圖3示意性地示出，外形1可具有 用于鎖定其變形位置的裝置3,從而節(jié)約將外形1保持在其變形狀態(tài) 所必需的能源，并且操作成本是相對較低的。換句話說，該鎖定裝置 3不需要為活動區(qū)域提供動力，就能夠?qū)⑼庑?固定在變形位置。
該鎖定裝置3可以是在外形1變形的過程中自動地、連續(xù)地鎖定的類型，并且能夠由制動裝置解鎖。因此，為了使根據(jù)本發(fā)明的外形1變形，首先需要改變芯部2的 一個或多個活動區(qū)域的一個或多個活動層的溫度。當(dāng)外形l變形時， 鎖定裝置3呈現(xiàn)為不同的鎖定位置。當(dāng)外形1已經(jīng)達到所期望的變形并且其變形停止時，通過鎖定裝置3將其保持在該變形狀態(tài)。因此，在該階段，為了使外形l保持該姿態(tài)，沒有必要再保持對一個或多個 活動層的動力供應(yīng)或激勵。當(dāng)外形1具有能夠在兩個方向上變形的活動層時，優(yōu)選地為外形1裝配兩個鎖定裝置3，每個鎖定裝置均被設(shè)計為在兩個方向中的一個 方向上的變形過程中鎖定外形1。根據(jù)未示出的本發(fā)明的實施方案，本發(fā)明的特征在于，鎖定裝置 3可包括與自由齒輪的齒嚙合的齒條。因此，當(dāng)外形1變形時，另一 個齒被嚙合，并且相應(yīng)的變形姿態(tài)被鎖定。根據(jù)未示出的另一變體，鎖定裝置3可包括棘輪和輪擋。根據(jù)本發(fā)明，制動裝置可以是由復(fù)合材料制成的活動部分，該活 動部分在復(fù)合材料的至少一個活動層內(nèi)的可調(diào)整的溫度變化的影響下 連續(xù)且受控地變形，而作為溫度變化的結(jié)果，該活動部分引起了鎖定 裝置3的受控變形，驅(qū)動鎖定裝置3離開其鎖定位置、進入另一鎖定 位置或進入其解鎖位置。因此，還能夠通過控制制動裝置的變形速率，控制外形1回到最 初姿態(tài)或未變形姿態(tài)，或者控制其返回中間姿態(tài)。作為 一種變體，制動裝置可由例如形狀記憶合金或壓電元件或不茲 致伸縮元件的傳統(tǒng)的活性材料制成。在所有情況中，鎖定裝置3的剛性應(yīng)該被設(shè)計為經(jīng)得住由芯部2 的阻擋和摩擦所產(chǎn)生的力。根據(jù)如圖4所示的本發(fā)明的特征，外形1的殼體可被并排放置的 多個外皮4覆蓋，而密封件5被放置在這些外皮4之間的交界處，并 且處于外皮4之下。有利地，密封件5的形式可以是可彈性變形的、 被預(yù)加應(yīng)力的膜。該裝置能夠改進并增強外形1的變形，并允許外皮 4相對于彼此的滑動，并保證外形是氣密的。為了解決由于外形1的變形而產(chǎn)生的應(yīng)力(上表面的張應(yīng)力、下
表面的壓應(yīng)力)的問題，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可包括垂直于芯部2安裝的支承件 6，支承件6安裝在芯部2上以及芯部2的任一側(cè)上，并延伸至外形1 的殼體，并且每個外皮4均被置于兩個相鄰的支承件6之間。
兩個外皮4之間的間距可以是大約lmm,這表現(xiàn)為相對于外形1 的較小距離，并因此而不會擾亂外形1上的流體的流動。另外，密封 件保證各部件是氣密的。
因此，芯部2與支承件6—起作為骨架。支承件6的數(shù)量在設(shè)計 階段被確定，并且根據(jù)工作條件(結(jié)構(gòu)的大小，流速率以及在有機翼 的情況下的預(yù)期飛行高度)而變化。
通常的外形l和機翼的尺寸是可變的。它們與空氣動力學(xué)特性和 主結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。
根據(jù)本發(fā)明，可制成這樣一種外形1,其形狀或幾何結(jié)構(gòu)能夠被 修正，以調(diào)整工作條件速度、流的性質(zhì)等。
因此，在航空領(lǐng)域中，能夠淘汰現(xiàn)有的機械裝置，例如在飛機機 翼的后緣出現(xiàn)的樞軸轉(zhuǎn)動且可伸縮的副翼，并且不再需要將具有控制、 水力系統(tǒng)或發(fā)動機的機械裝置安裝在外形1中以確保其變形，從而獲 得簡化的、輕型的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的具有輕型的、可變形的結(jié)構(gòu)的該類外形1能夠被用 于無人駕駛飛機的機翼，即，必須能夠低速飛行且保持不引人注意的 無人駕駛的飛行器。在尋求日益變輕的結(jié)構(gòu)的上下文中，其也適于標 準的民用或軍用飛機。
該外形1也能夠被用于制作這樣一種機翼，其變形能夠改變上表 面和下表面上的壓力系數(shù)Cp。通過計算驗證了，后緣上的壓力相對于 由活動芯部2的變形產(chǎn)生的力較小。這意味著機翼具有足夠的抵抗力 以抵抗外部的壓力波動。
因此，如圖2所示，在活動層為450mm長的情況下(大約為外形 l的一半)，測試顯示出能夠在尖端獲得40到45mm的偏轉(zhuǎn)。為了在2 分鐘內(nèi)由2.5 kW/n^的功率獲得最大的偏轉(zhuǎn)，計算能夠確定層壓的最 佳構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的外形1當(dāng)然能夠關(guān)系到能夠被集成到任意航空或水 力的結(jié)構(gòu)中(飛機、航天飛機、無人駕駛飛機、飛行結(jié)構(gòu)、風(fēng)力槳片、 渦輪槳片、直升機槳片)的機翼或槳片。當(dāng)然本發(fā)明并不受限于附圖所示的以及所描述的實施方案。尤其 從各種元件的組合的觀點出發(fā)或通過相等技術(shù)的代替，在不背離本發(fā) 明的保護范圍的情況下能夠進行修改。
權(quán)利要求
1.一種氣動或液動的外形，能夠以連續(xù)且受控的方式變形，最基本地包括由安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的殼體，所述外形的特征在于，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有沿所述外形(1)的橫截面的縱向軸延伸的芯部(2)，并且所述芯部(2)具有至少一個活動部分，所述活動部分由復(fù)合材料制成，所述活動部分在所述復(fù)合材料的至少一個活動層內(nèi)的可調(diào)整的溫度變化的作用下發(fā)生連續(xù)且受控的變形，這在與所述活動部分相對應(yīng)的所述外形(1)的所述殼體的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)致了相應(yīng)的方向和幅度的變形。
2. 如權(quán)利要求l所述的外形，其特征在于，所述芯部(2)的每個活 動部分均具有至少一個非活動層，所述非活動層的膨脹特性與所述活 動部分的所述活動層不同。
3. 如權(quán)利要求l或2所述的外形，其特征在于，所述芯部(2)的至 少 一 個活動部分纟皮連接至加熱源。
4. 如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的外形，其特征在于，所述 芯部(2)的至少 一個活動部分一皮連4妄至冷卻源。
5. 如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的外形，其特征在于，具有 用于鎖定所述外形(1)的變形姿態(tài)的裝置(3)。
6. 如權(quán)利要求5所述的外形，其特征在于，所述鎖定裝置(3)是在 所述外形(l)的變形過程中自動地、連續(xù)地鎖定的類型，并且能夠由制 動裝置解鎖。
7. 如權(quán)利要求6所述的外形，其特征在于，所述鎖定裝置(3)包括 與自由齒輪的齒嚙合的齒條
8. 如權(quán)利要求6所述的外形，其特征在于，所述鎖定裝置(3)包括 棘輪和輪擋。
9. 如權(quán)利要求6至8中的任一項所述的外形，其特征在于，所述 制動裝置是由復(fù)合材料制成的活動部分，所述活動部分在所述復(fù)合材 料的至少一個活動層內(nèi)的可調(diào)整的溫度變化的作用下發(fā)生連續(xù)且受控 的變形，而作為所述溫度變化的結(jié)果，所述活動部分引起了所述鎖定 裝置(3)的受控變形，以驅(qū)動所述鎖定裝置(3)離開其鎖定位置、進入另 一鎖定位置或進入其解鎖位置。
10. 如權(quán)利要求1至9中的任一項所述的外形，其特征在于，所 述外形(1)的所述殼體被并排放置的多個外皮(4)覆蓋，而在所述外皮(4) 之間的交界處放置密封件(5)。
11. 如權(quán)利要求IO所述的外形，其特征在于，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括的支承件(6),所述支承件(6)延伸至所述外形(1)的所述殼體，并且每個 所述外皮(4)均被放置在兩個相鄰的支承件(6)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣動或液動的外形(1)，其能夠以連續(xù)且受控的方式變形，并最基本地包括安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的殼體。該外形的特征在于，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括沿外形(1)的橫截面的縱向軸延伸的芯部(2)，并且芯部(2)具有至少一個活動部分，該活動部分由復(fù)合材料制成，并且在所述復(fù)合材料的至少一個活動層內(nèi)的可調(diào)整的溫度變化的作用下具有連續(xù)且受控的變形，這在對應(yīng)于該活動部分的外形(1)的殼體的區(qū)域內(nèi)引起了相應(yīng)的方向和幅度的變形。
文檔編號B64C3/48GK101410293SQ200780011371
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者喬治·梅耶, 伯納德·迪朗, 吉爾達斯·洛斯蒂, 埃爾韋·德貝, 法布里斯·洛朗, 錫德里克·莫普安 申請人:薩迪姆·瑟馬特協(xié)會