本发明涉及机翼结构设计领域，具体涉及一种基于弹性碳纤维复合材料蒙皮的充气变形翼。
背景技术：
1、目前的充气式结构有充气变形翼、充气式气动减速器、充气式天线等，而相关的研究大多集中在充气变形翼领域。相较于传统的固定翼，充气变形翼由于具有重量轻、折叠性能良好、成本低廉等优势，成为航空航天领域可展开结构或变体结构技术的热点研究方向之一。充气前，充气变形翼呈卷曲或z字型折叠状态，能够储存到狭小空间中，充气后，蒙皮扩张成翼型轮廓。然而，充气变形翼现在仍存在一些问题。目前主流的充气变形翼为软体材质，主要依靠其内部充压气体保持形状，如果承受较大负载或飞行速度增加时，充气变形翼极易发生较大的变形，特别是上蒙皮在压应力作用下会导致屈曲失稳，无法保持其气动外形。由于以上原因，充气变形翼的可靠性较低，这在一定程度上限制了充气变形翼的应用。
技术实现思路
1、针对充气变形翼工程化应用的实际需求，为解决其承载能力低和保形能力差的问题，本发明提出一种基于弹性碳纤维复合材料蒙皮的充气变形翼。在软体保气内囊的基础上，提供一种弹性碳纤维复合材料蒙皮来定向增强软体充气变形翼。在保证重量轻、收纳效率高的前提下，可显著提升充气变形翼承载性能和保形能力，改善软体充气变形翼凹凸不平的外形，使其具有更流畅的轮廓，机翼刚度显著提高，为充气变形翼的工程应用提供一种新的技术途径。
2、本发明提供了一种基于弹性碳纤维复合材料蒙皮的充气变形翼，包括软体保气内囊和弹性碳纤维复合材料蒙皮。所述软体保气内囊和所述弹性碳纤维复合材料蒙皮之间通过硅橡胶粘合。
3、进一步地，所述软体保气内囊包括芳纶纤维材料层、展向拉条、限位条和tpu充气嘴。
4、进一步地，所述芳纶纤维材料层包括胶膜和芳纶纤维，利用所述胶膜粘合两层所述芳纶纤维以获得所述芳纶纤维材料层，增加所述软体保气内囊的刚度，同时为其气密性提供双重保障。
5、进一步地，所述芳纶纤维的外层附有气密涂层，用于保证所述软体保气内囊的气密性。
6、进一步地，所述芳纶纤维材料层和所述展向拉条之间共同形成多个气腔。
7、进一步地，每根所述展向拉条仅由一层所述芳纶纤维组成，并且在每根所述展向拉条中部位置处开设圆孔，以保证相邻两个气腔之间气体相互流通。
8、进一步地，每两根所述展向拉条之间用三根所述限位条约束横向距离，所述展向拉条和所述限位条之间通过所述胶膜粘合。
9、进一步地，在所述芳纶纤维材料层靠近翼梢的中央位置处开设圆形槽，所述tpu充气嘴内嵌于所设圆形槽中。
10、本发明还提供了一种近似翼型的结构优化设计方法，包括以下步骤：
11、步骤一、确定充气变形翼的各种参数，包括翼弦长、翼展长和标准翼型。
12、步骤二、利用内切圆法逼近标准翼型，按照从翼型的前缘至后缘的顺序依次确定每个内切圆，相邻两个内切圆相交产生的公共弦即为所述展向拉条。
13、步骤三、确定每根所述展向拉条长度和前一个内切圆直径之间的比例关系，从而确定每根所述展向拉条的最优长度。
14、步骤四、根据不同数量所述展向拉条约束成的近似翼型的形状精度大小，确定所述展向拉条的最优数量。
15、优选地，所述展向拉条的数量为14。
16、本发明与现有技术相比具有以下优点：
17、(1)本发明提供的弹性碳纤维复合材料蒙皮能够在保证充气变形翼重量轻、折叠效率高的前提下，使充气变形翼具有更高的强度和刚度。
18、(2)本发明提供的弹性碳纤维复合材料蒙皮能够改善软体充气变形翼凹凸不平的外形，使其具有更优的外部轮廓，相比于软体充气变形翼，基于弹性碳纤维复合材料蒙皮的充气变形翼气动外形更优，气动效率更高。
19、(3)本发明提供的剖面翼型结构优化设计方法能够快速且准确地确定所述展向拉条的最优长度和数量。
20、(4)本发明提供的一种基于弹性碳纤维复合材料蒙皮的充气变形翼具有轻质、折叠效率高等特点，便于携带和运输，适用于移动性强的场景。相比于传统固定翼，其快速部署、折叠展开迅速的特点为应急或临时飞行提供较大优势。
21、(5)本作品提出的弹性碳纤维复合材料蒙皮在保证机翼重量轻、折叠效率高的前提下，具有强度高、刚度大、耐腐蚀性和抗疲劳性好等优点，可广泛用于恶劣环境作业，使飞行器具有更好的承载能力、操控性能和耐久性。
技术特征：1.一种基于弹性碳纤维复合材料蒙皮的充气变形翼，其特征在于：包括软体保气内囊和弹性碳纤维复合材料蒙皮；
2.一种近似翼型的结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
技术总结本发明提供一种基于弹性碳纤维复合材料蒙皮的充气变形翼，充气变形翼可以采用Z字型方式进行收纳，包括软体保气内囊和弹性碳纤维复合材料蒙皮。在软体保气内囊的基础上，提供一种弹性碳纤维复合材料蒙皮来定向增强软体充气变形翼，并通过硅橡胶粘合软体保气内囊和弹性碳纤维复合材料蒙皮。同时，本发明还提供了一种近似翼型的结构优化设计方法，能够快速且准确地确定展向拉条的最优长度和数量。在保证重量轻、收纳效率高的前提下，弹性碳纤维复合材料蒙皮可显著提升充气变形翼承载性能和保形能力，改善软体充气变形翼凹凸不平的外形，使充气变形翼具有更优的气动外形，机翼刚度显著提高，为充气变形翼的工程应用提供一种新的技术途径。
技术研发人员：白江波,刘晴,李少林,唐皓涵,蔡司原
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：技术公布日：2024/9/9