本發(fā)明涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置。

背景技術(shù)：

飛行器頭錐是飛行器前端的部分，可降低飛行時(shí)在大氣層中穿行所產(chǎn)生的摩擦阻力和壓差阻力。飛行器飛行速度較低時(shí)，適合使用較鈍的流線型頭錐；但當(dāng)飛行器提速至音速以上時(shí)，需要尖銳的頭錐以突破音障?？仗祜w行器要經(jīng)歷在大氣層和太空中飛行，并再入大氣層等特殊環(huán)境，在每個(gè)階段對(duì)其結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)布局有不同的要求。變體空天飛行器能夠自主地實(shí)現(xiàn)可變氣動(dòng)構(gòu)形，可增大發(fā)射和返回著陸的窗口期，具有機(jī)動(dòng)靈活、高速飛行和實(shí)時(shí)打擊等優(yōu)勢(shì)，不僅能顯著加快戰(zhàn)爭(zhēng)節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)快速全球打擊，對(duì)現(xiàn)有的軍事作戰(zhàn)具有重要意義。

目前相關(guān)技術(shù)中的變體飛行器設(shè)計(jì)主要集中在機(jī)翼領(lǐng)域，頭錐領(lǐng)域的變形技術(shù)研究較少。目前現(xiàn)有的飛行器變形頭錐裝置僅有中國(guó)專利CN105346702A，采用液壓驅(qū)動(dòng)連桿彎曲機(jī)構(gòu)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)折疊桿伸縮機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)頭錐的伸縮和彎曲變形，其特點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)安裝在相鄰環(huán)形體節(jié)的內(nèi)壁和外壁之間，伸縮機(jī)構(gòu)和彎曲機(jī)構(gòu)布置在不同的子體節(jié)級(jí)間，子體節(jié)級(jí)數(shù)較多。

基于蜜蜂腹部變形機(jī)制的研究Zhao J,Yan S,Wu J,et al.Critical Structure for Telescopic Movement of Honey bee(Insecta:Apidae)Abdomen:Folded Intersegmental Membrane.Journal of Insect Science,2016,16(1)闡述了蜜蜂科昆蟲(chóng)腹部背腹板的結(jié)構(gòu)。蜜蜂科昆蟲(chóng)腹部外殼由6節(jié)背腹板組成，且腹部節(jié)間褶的“Z-S”構(gòu)型具有高度機(jī)動(dòng)的伸縮能力和單側(cè)彎曲變形能力，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)高機(jī)動(dòng)性和特殊變形需求的空天變體飛行器結(jié)構(gòu)具有很大的啟發(fā)。空天飛行器經(jīng)歷在大氣層和太空中飛行，并再入大氣層等復(fù)雜環(huán)境，在不同飛行階段有不同的最優(yōu)氣動(dòng)構(gòu)型要求。借鑒節(jié)間褶的“Z-S”構(gòu)型，探索能自主地改變氣動(dòng)外形的頭錐結(jié)構(gòu)，通過(guò)上升段和再入段的頭錐鈍度變化來(lái)改善受熱分布、消除或減少激波阻力，這將是研制新型高性能空天飛行器的一種有效途徑。

形狀記憶合金是具有形狀記憶效應(yīng)的一種功能材料。該材料在外力作用下變形并卸載后，可通過(guò)加熱的方式使其恢復(fù)到原來(lái)的外形和尺寸，即具有形狀記憶效應(yīng)。形狀記憶效應(yīng)分為多類，其中一類雙程記憶效應(yīng)合金在加熱時(shí)變?yōu)楦邷叵嘈螤?，冷卻時(shí)能恢復(fù)低溫相形狀，可用于變形頭錐兩種形態(tài)變換的控制。形狀記憶合金是一種有別于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)元件，其優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)耗能小。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)對(duì)合金絲通電熱觸發(fā)的方式改變其溫度，從而改變機(jī)構(gòu)形態(tài)。

現(xiàn)有技術(shù)中亟需一種可以自主實(shí)現(xiàn)可變氣動(dòng)構(gòu)形，且子節(jié)級(jí)數(shù)較少的飛行器頭錐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明考慮到現(xiàn)有飛行器變形頭錐裝置研究的不足，提出了一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐。該裝置包含仿生頭錐外殼和變形機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器頭錐在飛行過(guò)程中的伸縮和彎曲變形。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置，包括頭錐外殼、連接機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和彎曲機(jī)構(gòu)，所述頭錐外殼分為五級(jí)，沿前、后方向布置，第一級(jí)頭錐外殼為環(huán)形頭錐外殼，直徑最大，第一級(jí)頭錐外殼作為后方；第二級(jí)、第三級(jí)和第四級(jí)頭錐外殼均為仿蜜蜂腹部的仿生頭錐外殼，所述仿生頭錐外殼包括背板外殼和腹板外殼，第二級(jí)、第三級(jí)至第四級(jí)的所述仿生頭錐外殼的直徑依次遞減，背板外殼與同級(jí)的腹板外殼之間通過(guò)連接機(jī)構(gòu)連接，組成近似環(huán)形結(jié)構(gòu)；第五級(jí)頭錐外殼為錐頂外殼，其呈錐筒狀，第五級(jí)作為前方，形成所述頭錐外殼的錐頂；所述相鄰各級(jí)頭錐外殼之間均安裝有伸縮機(jī)構(gòu)和彎曲機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述仿生頭錐外殼的背板外殼呈約240°弧形，所述仿生頭錐外殼的腹板外殼呈約120°弧形，所述連接機(jī)構(gòu)安裝在所述背板外殼和同級(jí)的所述腹板外殼內(nèi)側(cè)；所述第一級(jí)頭錐外殼為整體式環(huán)形頭錐外殼，所述第五級(jí)頭錐外殼為前端呈半球殼形的錐筒狀的錐頂外殼；各級(jí)頭錐外殼內(nèi)側(cè)上端和下端均安裝有平板和導(dǎo)軌，用于與所述伸縮機(jī)構(gòu)和所述彎曲機(jī)構(gòu)連接。

優(yōu)選地，所述連接機(jī)構(gòu)包括輻條固定結(jié)構(gòu)、連接桿件、滑道和滑塊；輻條固定結(jié)構(gòu)是由相間約120°的3根輻條組成的平面輻射結(jié)構(gòu)，所述輻條固定結(jié)構(gòu)與本級(jí)的所述背板外殼固定連接；所述滑道與本級(jí)的所述腹板外殼內(nèi)側(cè)固定連接，所述滑道的軌道沿軸向方向延伸；滑塊安裝在滑道上，可沿滑道做軸向直線運(yùn)動(dòng)；所述連接桿件一端與所述滑塊鉸接，另一端與所述輻條固定結(jié)構(gòu)的中心鉸接；所述連接機(jī)構(gòu)在所述仿生飛行器變形頭錐裝置變形過(guò)程中允許所述背板外殼與所述腹板外殼之間發(fā)生軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述伸縮機(jī)構(gòu)分別安裝在各級(jí)頭錐外殼之間的上端和下端，用于連接相鄰的所述頭錐外殼以實(shí)現(xiàn)伸縮功能，所述伸縮機(jī)構(gòu)位于關(guān)于左右對(duì)稱的豎直平分面內(nèi)，所述伸縮機(jī)構(gòu)的數(shù)量為8件，除第四級(jí)與第五級(jí)間下端的所述伸縮機(jī)構(gòu)外，其余7件所述伸縮機(jī)構(gòu)均采用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述伸縮機(jī)構(gòu)采用菱形機(jī)構(gòu)，由4根連桿組成，包括2根短桿和2根長(zhǎng)桿，各所述短桿兩端均設(shè)有鉸孔，各所述長(zhǎng)桿的兩端和中部均設(shè)有鉸孔；2根所述短桿相互鉸接連接，并分別與2根所述長(zhǎng)桿中部的鉸孔鉸接連接，形成菱形桿組；2根所述長(zhǎng)桿一端相互鉸接連接，另一端分別與本級(jí)所述頭錐外殼內(nèi)的平板和下一級(jí)所述頭錐外殼內(nèi)的平板鉸接；形狀記憶合金連接2根所述短桿相互連接的鉸接點(diǎn)和2根所述長(zhǎng)桿相互連接的鉸接點(diǎn)，在溫度改變時(shí)其長(zhǎng)度隨之發(fā)生變化，從而改變菱形桿組的形狀，實(shí)現(xiàn)伸縮機(jī)構(gòu)的功能。

優(yōu)選地，所述彎曲機(jī)構(gòu)分別安裝在各個(gè)所述伸縮機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，關(guān)于豎直平分面對(duì)稱布置，其中所述第四級(jí)仿生頭錐外殼的下端與所述第五級(jí)錐頂外殼的下端之間不安裝，所述彎曲機(jī)構(gòu)的數(shù)量為7件，所述彎曲機(jī)構(gòu)采用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述彎曲機(jī)構(gòu)采用含菱形的六桿機(jī)構(gòu)，包括2根C形長(zhǎng)桿和8根短桿組成的兩件相同的六桿機(jī)構(gòu)，由同步桿約束其同步運(yùn)動(dòng)；所述C形長(zhǎng)桿一端與本級(jí)所述頭錐外殼平板上的軌道滑動(dòng)連接，可沿軸向直線滑動(dòng)，另一端與下一級(jí)所述頭錐外殼平板鉸接，且與所述伸縮機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)桿共用同一鉸鏈軸；4根所述短桿首尾鉸接組成菱形桿組，其中一鉸接點(diǎn)與下一級(jí)頭錐外殼平板鉸接，對(duì)角點(diǎn)與C形長(zhǎng)桿中部鉸接，另外兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間連接形狀記憶合金，通過(guò)改變溫度變形后驅(qū)動(dòng)菱形桿組形狀改變，從而使下一級(jí)頭錐外殼圍繞C形長(zhǎng)桿與下一級(jí)頭錐外殼的鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的技術(shù)效果為：

本發(fā)明研制了一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置，其功能在于可以仿照蜜蜂腹部的伸縮以及單向向下彎曲運(yùn)動(dòng)進(jìn)行變形，以適應(yīng)空天變體飛行器的技術(shù)要求。本發(fā)明基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置具有能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器頭錐在飛行過(guò)程中的伸縮和彎曲變形，具有設(shè)計(jì)精巧、機(jī)構(gòu)可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本申請(qǐng)的基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本申請(qǐng)的伸縮機(jī)構(gòu)和彎曲機(jī)構(gòu)在頭錐外殼內(nèi)部的布置方案剖視示意圖；

圖3是本申請(qǐng)的第二至第四級(jí)仿生頭錐外殼及其連接機(jī)構(gòu)示意圖；

圖4是本申請(qǐng)的連接機(jī)構(gòu)滑塊與滑道細(xì)節(jié)示意圖；

圖5是本申請(qǐng)的伸縮機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本申請(qǐng)的彎曲機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本申請(qǐng)的伸縮機(jī)構(gòu)與彎曲機(jī)構(gòu)安裝關(guān)系示意圖；

圖8是本申請(qǐng)的伸縮機(jī)構(gòu)、彎曲機(jī)構(gòu)和連接機(jī)構(gòu)安裝關(guān)系示意圖；

圖9是本申請(qǐng)的伸縮機(jī)構(gòu)與彎曲機(jī)構(gòu)在第四級(jí)與第五級(jí)頭錐外殼間的安裝方案示意圖。

圖中附圖標(biāo)記為：

1a-第一級(jí)環(huán)狀頭錐外殼；1b-第二至第四級(jí)仿生頭錐外殼背板外殼；1c-第二至第四級(jí)仿生頭錐外殼腹板外殼；1d-第五級(jí)錐頂外殼；1e-平板；1f-伸縮機(jī)構(gòu)與彎曲機(jī)構(gòu)公共鉸鏈軸；2-連接機(jī)構(gòu)；2a-輻條固定結(jié)構(gòu)；2b-連接桿件；2c-滑塊；2d-滑道；3-伸縮機(jī)構(gòu)；3a-長(zhǎng)桿；3b-短桿；4-彎曲機(jī)構(gòu)；4a-C形桿；4b-菱形桿組短桿；4c-軌道；4d-同步桿。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

在本發(fā)明的描述中需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

在本發(fā)明寬泛的實(shí)施例的描述中，一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置，包括頭錐外殼、連接機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和彎曲機(jī)構(gòu)，其特征在于：

所述頭錐外殼分為五級(jí)，沿前、后方向布置，第一級(jí)頭錐外殼為環(huán)形頭錐外殼，直徑最大，第一級(jí)頭錐外殼作為后方；第二級(jí)、第三級(jí)和第四級(jí)頭錐外殼均為仿蜜蜂腹部的仿生頭錐外殼，所述仿生頭錐外殼包括背板外殼和腹板外殼，第二級(jí)、第三級(jí)至第四級(jí)的所述仿生頭錐外殼的直徑依次遞減，背板外殼與同級(jí)的腹板外殼之間通過(guò)連接機(jī)構(gòu)連接，組成近似環(huán)形結(jié)構(gòu)；第五級(jí)頭錐外殼為錐頂外殼，其呈錐筒狀，第五級(jí)作為前方，形成所述頭錐外殼的錐頂；所述相鄰各級(jí)頭錐外殼之間均安裝有伸縮機(jī)構(gòu)和彎曲機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)效果為：

本發(fā)明研制了一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置，其功能在于可以仿照蜜蜂腹部的伸縮以及單向向下彎曲運(yùn)動(dòng)進(jìn)行變形，以適應(yīng)空天變體飛行器的技術(shù)要求。本發(fā)明基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置具有能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器頭錐在飛行過(guò)程中的伸縮和彎曲變形，具有設(shè)計(jì)精巧、機(jī)構(gòu)可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明未圖示實(shí)施例：一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置由4部分組成，分別是仿生頭錐外殼、多個(gè)連接機(jī)構(gòu)、多個(gè)伸縮機(jī)構(gòu)、多個(gè)彎曲機(jī)構(gòu)；

仿生頭錐外殼分為5級(jí)，沿前后方向布置，以直徑最大的環(huán)形頭錐外殼作為第一級(jí)，三級(jí)背板外殼和腹板外殼按直徑遞減依次為第二至第四級(jí)，最前端的錐頂外殼為第五級(jí)，并約定第一級(jí)為后方，第五級(jí)為前方，裝置的豎直平分面為頭錐外殼關(guān)于其左右對(duì)稱的平面。

各級(jí)仿生頭錐外殼的外形特征分別為：第一節(jié)環(huán)形頭錐外殼為整體結(jié)構(gòu)，呈圓環(huán)形；第二至第四級(jí)頭錐外殼為仿蜜蜂腹部外殼的分體結(jié)構(gòu)，分為背板外殼和腹板外殼，背板外殼呈約240°弧形，腹板外殼呈約120°弧形，二者拼接為近似環(huán)形，之間通過(guò)連接機(jī)構(gòu)連接；第五級(jí)錐頂外殼呈錐筒形，前端為半球殼形狀。各級(jí)頭錐外殼內(nèi)側(cè)豎直平分面內(nèi)上下兩側(cè)安裝有平板，用于與伸縮機(jī)構(gòu)、彎曲機(jī)構(gòu)的連接。

第二級(jí)至第四級(jí)頭錐外殼中的連接機(jī)構(gòu)包含輻條固定結(jié)構(gòu)、連接桿件、滑道、滑塊；輻條固定結(jié)構(gòu)是由相間約120°的3根輻條組成的平面輻射結(jié)構(gòu)，其各個(gè)末端均與背板外殼固定連接；滑道安裝在腹板外殼內(nèi)側(cè)豎直平分面上，軌道方向?yàn)檩S向；滑塊安裝在滑道上，可沿滑道做軸向直線運(yùn)動(dòng)；連接桿件一端與滑塊鉸接，另一端與輻條固定結(jié)構(gòu)中心鉸接，可上下擺動(dòng)。連接機(jī)構(gòu)在連接背腹板頭錐外殼的同時(shí)，允許二者之間發(fā)生軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)擺動(dòng)，以保證裝置彎曲變形的實(shí)現(xiàn)。

伸縮機(jī)構(gòu)布置在各級(jí)頭錐外殼之間的豎直平分面上，上下各1件，共8件，除第四級(jí)與第五級(jí)下端的伸縮機(jī)構(gòu)無(wú)驅(qū)動(dòng)源外，其余7件均由形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)。

伸縮機(jī)構(gòu)是由4根連桿組成的菱形機(jī)構(gòu)，4根連桿分為2根短桿和2根長(zhǎng)桿，2根短桿兩端設(shè)有鉸孔，2根長(zhǎng)桿的兩端和中部設(shè)有鉸孔；2根短桿鉸接連接，另一端分別與2根長(zhǎng)桿的中部鉸孔鉸接，組成菱形桿組，2根長(zhǎng)桿一端相互鉸接連接，另一端分別與本級(jí)頭錐外殼平板和下一級(jí)頭錐外殼平板鉸接。形狀記憶合金連接2根短桿相互連接的鉸接點(diǎn)和2根長(zhǎng)桿相互連接的鉸接點(diǎn)，在溫度變化驅(qū)動(dòng)下形狀記憶合金通過(guò)改變長(zhǎng)度改變兩鉸接點(diǎn)之間的距離。在形狀記憶合金的驅(qū)動(dòng)和彎曲機(jī)構(gòu)的限制下，長(zhǎng)桿與下一級(jí)頭錐外殼平臺(tái)的鉸接點(diǎn)可沿本級(jí)頭錐外殼的軸線方向移動(dòng)，從而完成本級(jí)頭錐外殼與下一級(jí)頭錐外殼之間的軸向伸縮運(yùn)動(dòng)。

彎曲機(jī)構(gòu)布置在與伸縮機(jī)構(gòu)位置相同的位置，但第四級(jí)與第五級(jí)頭錐外殼之間的下端不安裝，共7件?；趶?qiáng)度考慮，上述7件機(jī)構(gòu)均關(guān)于豎直平分面完全對(duì)稱布置相同的7件，位于伸縮機(jī)構(gòu)兩側(cè)，由同步桿連接，在運(yùn)動(dòng)中保持嚴(yán)格同步。

彎曲機(jī)構(gòu)是由4根短桿和1根C形長(zhǎng)桿組成的含菱形的六桿機(jī)構(gòu)，4根短桿首尾鉸接形成菱形桿組，其中一鉸接點(diǎn)與下一級(jí)頭錐外殼平板連接，其對(duì)角點(diǎn)與C形桿中部鉸接，C形長(zhǎng)桿由1根L形桿和1根短桿固定連接而成，一端與本級(jí)頭錐外殼平板上的軌道連接，可沿前后方向移動(dòng)，另一端與下一級(jí)頭錐外殼平板鉸接，且與伸縮機(jī)構(gòu)共用同一鉸鏈軸，以限制伸縮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式。形狀記憶合金連接菱形桿組中未與頭錐外殼或C形桿連接的兩個(gè)鉸接點(diǎn)，在溫度變化驅(qū)動(dòng)下通過(guò)改變長(zhǎng)度改變菱形桿組的形狀，使下一級(jí)頭錐外殼繞與C形桿的鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，完成彎曲運(yùn)動(dòng)。

結(jié)合附圖1-9，對(duì)本發(fā)明提供的一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置的結(jié)構(gòu)、原理與實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖，由后向前依次為第一級(jí)至第五級(jí)，第一級(jí)頭錐外殼1a為整體環(huán)狀形式；第二級(jí)至第四級(jí)頭錐外殼分別由背板外殼1b和腹板外殼1c組成，周向拼接為近似環(huán)形；第五級(jí)為錐頂外殼1d，呈錐筒形。伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4布置在頭錐外殼內(nèi)部。

圖2是伸縮機(jī)構(gòu)和彎曲機(jī)構(gòu)在頭錐外殼內(nèi)部的布置方案剖視圖，伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4布置在各級(jí)頭錐外殼級(jí)間，位于豎直平分面上，上下兩端各1件。其中第四級(jí)腹板外殼1c與第五級(jí)錐頂外殼1d級(jí)間不布置彎曲機(jī)構(gòu)4，且該處的伸縮機(jī)構(gòu)3不帶有驅(qū)動(dòng)源。

圖3是第二級(jí)至第四級(jí)仿生頭錐外殼及其連接機(jī)構(gòu)示意圖。背板外殼1b呈約240°弧形，腹板外殼1c呈約120°弧形，背板外殼1b與腹板外殼1c內(nèi)側(cè)關(guān)于豎直平分面對(duì)稱安裝有平板1e，用于連接機(jī)構(gòu)2、伸縮機(jī)構(gòu)3、彎曲機(jī)構(gòu)4的安裝。連接機(jī)構(gòu)2由輻條固定結(jié)構(gòu)2a、連接桿件2b、滑塊2c、滑道2d組成，輻條固定結(jié)構(gòu)2a是由相間約120°的3根輻條組成的平面輻射結(jié)構(gòu)，與背板外殼1b固定連接，上端安裝在背板外殼1b的平板1e上，另兩端與背板外殼1b的兩邊緣連接；連接桿件2b一端與輻條固定結(jié)構(gòu)2a的中心鉸接，另一端與滑塊2c鉸接。

圖4為連接機(jī)構(gòu)2滑塊與滑道細(xì)節(jié)示意圖?；?d沿軸向安裝在腹板外殼1c的平板1e上，滑塊2c安裝在滑道2d上，可沿軸向滑動(dòng)，同時(shí)滑塊2c與連接桿件2b鉸接。連接機(jī)構(gòu)2的功能為，在仿生飛行器變形頭錐裝置整體變形過(guò)程中，背板外殼1b和腹板外殼1c分別受驅(qū)動(dòng)獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；連接機(jī)構(gòu)2在保持其連接關(guān)系的同時(shí)，允許背板外殼1b和腹板外殼1c發(fā)生軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)擺動(dòng)。

圖5為伸縮機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。伸縮機(jī)構(gòu)3由2根長(zhǎng)桿3a和2根短桿3b組成，短桿3b相互鉸接，另一端分別與長(zhǎng)桿3a的中部鉸接，長(zhǎng)桿3a一端相互鉸接，從而與短桿3b形成菱形桿組，另一端分別與本級(jí)頭錐外殼平板1e和下級(jí)頭錐平板1e鉸接，其中與下級(jí)頭錐平板1e鉸接所用軸1f將與彎曲機(jī)構(gòu)4共用。形狀記憶合金連接圖中A、B兩點(diǎn)，形狀記憶合金長(zhǎng)度的改變可改變A、B兩點(diǎn)的距離，從而控制菱形桿組的形狀，完成伸縮機(jī)構(gòu)的變形。

圖6為彎曲機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。彎曲機(jī)構(gòu)4由C形桿4a、4根短桿4b、軌道4c、同步桿4d組成，關(guān)于豎直平分面對(duì)稱布置兩套相同的機(jī)構(gòu)，由同步桿4d約束兩機(jī)構(gòu)進(jìn)行完全同步運(yùn)動(dòng)。4根短桿4b首尾鉸接形成菱形桿組，其中一角點(diǎn)同時(shí)與下一級(jí)頭錐外殼鉸接，其對(duì)角點(diǎn)同時(shí)與C形桿4a中部鉸接；C形桿4a一端與本級(jí)頭錐外殼上的軌道4c連接，另一端與公共鉸鏈軸1f鉸接；軌道4c軸向安裝在本級(jí)頭錐外殼平板1e上，可使C形桿4a沿軸向平動(dòng)；同步桿4d在水平方向連接兩彎曲機(jī)構(gòu)，約束二者的運(yùn)動(dòng)完全同步。形狀記憶合金連接圖中C、D兩點(diǎn)，形狀記憶合金長(zhǎng)度的改變可改變C、D兩點(diǎn)的距離，控制菱形桿組的形狀，使下一級(jí)頭錐外殼繞公共鉸鏈軸1f轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成彎曲變形。

圖7為伸縮機(jī)構(gòu)與彎曲機(jī)構(gòu)安裝關(guān)系示意圖。伸縮機(jī)構(gòu)3位于豎直平分面內(nèi)，彎曲機(jī)構(gòu)4位于伸縮機(jī)構(gòu)3兩側(cè)，二者共用平板1e以及公共鉸鏈軸1f。

圖8為伸縮機(jī)構(gòu)、彎曲機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)安裝關(guān)系示意圖。連接機(jī)構(gòu)2安裝在伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4后方，伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4上下兩端采取相同方式布置。

圖9為伸縮機(jī)構(gòu)與彎曲機(jī)構(gòu)在第四級(jí)與第五級(jí)間安裝方案示意圖。伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4在第四級(jí)和第五級(jí)級(jí)間的安裝方式與前級(jí)不同，由于第五級(jí)錐頂外殼1d為整體式，故上端按相同方式安裝伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4，下端只安裝不含驅(qū)動(dòng)源的伸縮機(jī)構(gòu)3作為從動(dòng)機(jī)構(gòu)。

下面參考圖1-圖9描述基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生飛行器變形頭錐裝置的工作過(guò)程。

對(duì)于伸縮機(jī)構(gòu)3，在形狀記憶合金的驅(qū)動(dòng)下，菱形桿組變形，驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)桿3a末端帶動(dòng)公共鉸鏈軸1f運(yùn)動(dòng)；由于彎曲機(jī)構(gòu)4的C形桿4a在徑向的約束，長(zhǎng)桿3a末端只能沿軸向前后移動(dòng)，從而使伸縮機(jī)構(gòu)3只能改變公共鉸鏈軸1f的軸向位置，實(shí)現(xiàn)相鄰頭錐外殼間的純伸縮運(yùn)動(dòng)。在伸縮機(jī)構(gòu)3改變公共鉸鏈軸1f軸向位置的同時(shí)，公共鉸鏈軸1f帶動(dòng)C形桿4a沿軌道4d相對(duì)于本級(jí)頭錐外殼沿軸向運(yùn)動(dòng)，并保持彎曲機(jī)構(gòu)4與下級(jí)頭錐外殼相對(duì)位置關(guān)系不變。對(duì)于彎曲機(jī)構(gòu)4，在形狀記憶合金的驅(qū)動(dòng)下，菱形桿組4b變形，在C形桿4a的約束下，下一級(jí)頭錐外殼繞公共鉸鏈軸1f進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)下一級(jí)頭錐外殼相對(duì)于本級(jí)頭錐外殼的偏轉(zhuǎn)。伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4的共同工作，使變形頭錐裝置整體可實(shí)現(xiàn)伸縮和單向向下彎曲功能。

對(duì)于第二級(jí)至第四級(jí)頭錐外殼，由于其分為背板外殼1b和腹板外殼1c，故上下兩端各安裝有伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4，對(duì)其分別進(jìn)行獨(dú)立控制，連接機(jī)構(gòu)2在背板外殼1b和腹板外殼1c發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，仍保持其連接關(guān)系。對(duì)于第五級(jí)錐頂外殼1d，由于其為整體式，只需要一套伸縮機(jī)構(gòu)3和彎曲機(jī)構(gòu)4對(duì)其進(jìn)行控制，因此下端的伸縮機(jī)構(gòu)3不含驅(qū)動(dòng)源，只作為從動(dòng)機(jī)構(gòu)提高裝置的強(qiáng)度。

最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。