一種小型輕質折疊彈翼展開解鎖機構的設計及動力學仿真分析

摘 要：彈翼折疊是提高戰機載彈量的一種有效方法，展開解鎖機構的設計是折疊彈翼總體結構設計的關鍵之一。本文利用形狀記憶合金（SMA）功重比高的特點，設計了一種新型的基于SMA觸發的展開解鎖機構，進行了相關力學分析，根據得到的載荷徑向分力N及預載扭矩Mmax設計計算了SMA驅動器參數，通過其解鎖過程的ADAMS動力學仿真及解鎖實驗，驗證了該設計的可行性。

關鍵詞：折疊彈翼；解鎖機構；SMA；動力學仿真

中圖分類號：TJ760.3+4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-5048（2013）04-0007-03

SystemDesignandDynamicSimulationAnalysisofRelease MechanismforaSmallLightFoldingWing

LIJunshan1，LIANGXu1，LIUPeng1，XUMin1，MENGJianxin2，3，ZHANGShiwu1

（1.UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230000，China；2.ChinaAirborneMissileAcademy，Luoyang 471009，China；3.AviationKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonAirborneGuidedWeapons，Luoyang471009，China）

Abstract：Missilewingfoldingisaneffectivemethodforimprovingthecarryingcapacityofaaircraft.Thereleasemechanismplaysanimportantroleingeneralstructuredesignofthemissilefolding wing.Thispaperproposesanewkindofreleasemechanismbasedonshapememoryalloy（SMA）.The relativemechanicsanalysisismade，andwiththeradialforceNofloadandpreloadtorqueMmax，SMA driverparametersarecalculated.ThefeasibilityofthisreleasemechanismisverifiedbytheADAMSdynamicsimulationanalysisandthereleaseexperiment.

Keywords：foldingwing；releasemechanism；SMA；dynamicsimulation

0 引 言

近年來，隱形戰機在執行目標打擊任務中扮演著越來越重要的角色，因此各國對新一代作戰飛機都明確要求具有優良的隱身效果。隱形戰機為了達到良好的隱身能力和優良的氣動布局，普遍采用了內埋彈艙[1]，但內埋彈艙容積較小，因而使得作戰飛機的載彈量大幅降低。

為了滿足新一代隱形戰機對武器內置及載彈量的要求，國外開始采取一系列措施減小制導武器的空間尺寸，包括小直徑彈體設計、翼面折疊和舵面小型化等，并已經在部分武器中得到應用。由于制導武器的空間尺寸中彈翼尺寸較大，因此在不影響制導武器容積和機動性的基礎上，采用折疊彈翼可以大幅縮減制導武器的空間尺寸，從而提高隱形戰機的武器彈藥攜帶量。

1 展開解鎖機構的設計

利用SMA的特點設計了一個解鎖機構，其三維尺寸為66mm×42mm×22mm，這樣可以保證安裝不占用較大的彈體空間。機構采用四片分瓣螺母與螺桿配合提供負載能力，其優點是可以采用很小的解鎖力釋放很大的載荷。系統裝配圖和實物圖如圖1所示。

解鎖機構的主要工作過程如圖2所示。初始為鎖緊狀態，利用卡塊的作用將旋轉輪的位置固定，4片分瓣螺母與螺桿的螺紋緊密配合，依靠保持架、滾柱和分瓣螺母的接觸作用承受螺桿底部負載；當彈翼準備打開時，SMA合金絲經加熱變形產生拉應力，使得卡塊移動，旋轉輪在預載扭矩的作用下轉動一定角度后，滾柱落入相應凹槽中，此時4片分瓣螺母分離，螺桿在初始負載的作用下快速彈出，彈翼展開。

3 解鎖機構動力學仿真分析

利用MSC-ADAMS軟件對解鎖機構進行動力學仿真分析，去掉對仿真影響很小的零件后，建立物理虛擬樣機。取螺桿初始負載為1000N，SMA收縮產生的觸發力用ADAMS中的STEP函數[8]代替。解鎖過程中解鎖機構的受力變化如圖6所示。

4 解鎖機構解鎖實驗

本實驗中螺桿端部負載利用彈簧加力裝置完成，SMA加熱電源為28V/5A，通電加熱時間由單片機控制，由于解鎖時間很短，采用高速攝像機拍攝解鎖過程（見圖8），得到解鎖時間約為2ms。

參考文獻：

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