一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，包括加油軟管，該加油軟管內密封嵌設有電變流體和設在該電變流體相對兩側的電極層；還包括傳感單元、控制單元及電流放大單元，該傳感單元設在所述加油軟管上，該傳感單元電連接所述控制單元的輸入端，該控制單元的輸出端通過所述電流放大單元電連接至所述電極層上。本新型智能加油軟管系統在保持傳統加油軟管優點（可實現多機同步加油、以由絞盤收放、質量輕等）的同時，通過連續（可逆）地調整加油軟管的動態特性，還能夠有效地避免傳統加油軟管在大氣紊流、加油機和受油機等外界激勵的共同作用下發生共振和顫振現象，從而保障空中加油過程中人機安全。
【專利說明】一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統【技術領域】
[0001]本實用新型涉及智能材料領域的技術，尤其是指把智能材料(電變流體)嵌入空中加油機加油軟管中形成的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統。
【背景技術】
[0002]自上個世紀80年代以來，以智能材料與智能結構為代表的高效、高精度系統與結構，因其具有可控、體積小、承載力大、聞效率、聞精度等優良特性，而得到了人們的聞度重視，在航空航天、能源、交通、醫療、建筑及國防等領域都有廣泛的應用前景，形成了一個集控制、材料、力學和物理等多學科交叉的新型研究領域。此研究方向已被列入國家發展規劃中重點發展的方向之一，體現了 國防和國民經濟的強烈需求。
[0003]工程中常見的智能材料有壓電陶瓷、超磁(電)致伸縮材料、形狀記憶合金及磁(電)變流體等。上世紀40年代末，Winslow (1947)首先提出了電變流體Elect-Rheological (ER)Fluid的概念以及電變流體阻尼器(1949)的設計理念。所謂電變流體就是將微米級別的導電顆粒隨機分散于非導電液體溶液中，從而形成懸浮液(電變流體)。電變流體在無外加電場下體現出典型的流體特性；在外加電場的作用下，隨機分布的導電微粒會迅速地(毫秒級)被極化并重新排列而使電變流體的粘度在極短時間內迅速增加兩個數量級以上，從而表現出固體特性；去掉電場后，導電材料又會恢復隨機分布的狀態，而使電變流體恢復液體的特性。
[0004]電變流體具有剪切和擠壓強度連續可調、響應快速和可逆轉變的奇特性質，是獨一無二的軟硬程度可調節的智能材料。根據其不同的工作模式(剪切，擠壓，流動)，可用于離合器、阻尼系統、減震器、制動系統、無級變速、液體閥門、機電耦合控制、機器人等，在幾乎所有的工業和【技術領域】均有廣泛應用。利用電變流體的擠壓工作模式，將其嵌入結構中，通過調整電場改變電變流體剛性與阻尼特性，以實現對結構動態特性的調整，從而實現在不同載荷狀況下對結構的振動控制，尤其在極端載荷狀況下，例如共振與顫振。
[0005]1923年8月27日第一架代號為DH-4B的空中加油機被載入航空史冊以來，隨著加油機的發展，目前加油的方式可分為軟管加油和硬管加油。相較于軟管加油，硬管空中加油系統的主要優點是輸油能力高；而其主要缺點是同時只能對一架飛機加油。軟管加油的軟管可有由絞盤控制放出和回收，它可對多架飛機同時輸油，這樣就大大降低了編隊飛機加油的時間。因而軟管加油方式是空中加油機發展的主流。
[0006]軟管式空中加油系統在設計、生產與應用過程中需突破與解決的一個關鍵技術難題就是軟管本身對大氣紊流相當敏感，輸油管會在空中飄動。在受油機、加油機與大氣環境的作用下，加油軟管極易產生共振與顫振現象，從而導致機毀人亡的嚴重事故。這也是制約軟管式空中加油系統發展的一個瓶頸。西方國家在此領域的研究開展得較早，也有相應的解決方案，例如對空中加油時的大氣環境建立嚴格的監測與設立標準。但是，由于軟式繩索系統(軟式加油管)本身的動力學模型目前仍然不明確，而其西方國家在該領領域對我國進行嚴密的技術封鎖，制約著我們國家在該領域的發展。而該領域的研究對國家安全有著重要的意義！
實用新型內容
[0007]有鑒于此，針對我國加油軟管所面對的瓶頸，本實用新型提出一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，解決加油軟管對空中大氣紊流較敏感問題，有效地避免傳統加油軟管在大氣紊流及加油與受油機等外界因素共同激勵下所產生共振和顫振的現象。
[0008]為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是:
[0009]一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，包括加油軟管，該加油軟管內密封嵌設有電變流體和設在該電變流體相對兩側的電極層；還包括傳感單元、控制單元及電流放大單元，該傳感單元設在所述加油軟管上，該傳感單元電連接所述控制單元的輸入端，該控制單元的輸出端通過所述電流放大單元電連接至所述電極層上。
[0010]所述電變流體嵌于所述加油軟管的位置為該加油軟管振動模式下的對應波腹點的位置。
[0011]所述加油軟管內還嵌設有防靜電層，該防靜電層設在所述電極層的外側位置。
[0012]所述加油軟管內還嵌設有密封包圍所述電變流體和電極層的封嚴層。
[0013]所述加油軟管內還嵌設有防靜電層，該防靜電層隔設在所述封嚴層和電極層之間。
[0014]所述傳感單元采用壓電陶瓷片，該壓電陶瓷片表貼在所述加油軟管上。
[0015]所述電極層設在所述電變流體對應沿所述加油軟管壁厚方向上的內外相對兩側位置。
[0016]所述電極層采用鋁膜材料制成。
[0017]本實用新型是根據智能材料(電變流體)所具有的擠壓強度連續可調、響應迅速且可逆轉變的物理特性，創新地提出一種基于該智能材料實現可快速連續(可逆)改變空中加油軟管動態特性的智能加油軟管系統，該智能加油軟管系統能夠實時探測加油軟管工作狀態，并可根據需要迅速調整加油軟管固有頻率。由此本新型智能加油軟管系統在保持傳統加油軟管優點(可實現多機同步加油、可由絞盤收放、質量輕等)的同時，通過連續(可逆)地調整加油軟管的動態特性，還能夠有效地避免傳統加油軟管在大氣紊流、加油機和受油機等外界激勵的共同作用下發生共振和顫振現象，從而保障空中加油過程中人機安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1本新型智能加油軟管系統的加油軟管和傳感單元的結構示意圖；
[0019]圖2是本圖1中A-A的剖視圖；
[0020]圖3是本新型加油軟管系統的工作原理簡圖。
[0021]標號說明
[0022]加油軟管I 電變流體2
[0023]電極層3 防靜電層4
[0024]封嚴層5 傳感單元6
[0025]控制單元7 電流放大單元 8【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和【具體實施方式】對本案作進一步詳細的說明。
[0027]為了解決傳統加油軟管在設計與使用過程中的難點(也是關鍵點):解決加油軟管對大氣紊流較敏感的問題，尤其是在極端情況下的共振與顫振問題，本新型提出一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，如圖1-3所示，主要包括加油軟管1、電變流體2、電極層3、傳感單元6、控制單元7及電流放大單元8。
[0028]所述加油軟管I其作為系統的基本載體，采用普通加油軟管。電變流體2和電極層3密封嵌于加油軟管I內，嵌入方式可以采用點嵌入式、網狀嵌入式、條形嵌入式，等等。電變流體2嵌于加油軟管I內的位置不受限制，為了充分發揮電變流體2改變加油軟管I的固有頻率的作用，優選地，電變流體2嵌于加油軟管I內的位置為加油軟管I振動模式下的對應波腹點的位置。電極層3設在電變流體2的相對兩側位置，較佳地設在電變流體2對應沿加油軟管I壁厚方向上的內外相對兩側位置，由此通過電極層3間的電場強度的變化，來改變電變流體2的物理特性。電極層3優選輕質導電材料，比如采用鋁膜材料制成。
[0029]所述傳感單元6設在加油軟管I上，用于實時對加油軟管I的拉伸應力等進行檢查，以探測加油軟管I在工作狀態下的應力分布(區域)。優選地，該傳感單元6采用壓電陶瓷應力傳感器(壓電陶瓷片)，該壓電陶瓷片表貼在加油軟管I上。控制單元7和電流放大單元8可以和加油軟管I分離設置，傳感單元6電連接控制單元7的輸入端，控制單元7的輸出端通過電流放大單元8電連接至電極層3上。控制單元7是整個加油軟管系統的控制中心，其通過傳感單元6反饋的應力信號判斷加油軟管I的工作狀態，再決定電流放大單元8輸出電流的大小和方向。電流放大單元8 (電流放大器)是為電極層3提供電流，電極層3間的電場強度通過電流放大單元8實現實時調節，從而達到調節電變流體2的極化程度的目的。
[0030]如圖3所示，加油軟管在工作時，對電極層3施加一初始電流(比如“O”值電流，可為根據需要調整)。加油軟管I工作過程中，受到大氣紊流、加油機和受油機等外界條件的激勵而發生振動。表貼在加油軟管I管壁的壓電陶瓷應力傳感器對管壁的拉伸應力進行實時檢測，并反饋給控制單元7。當控制單元7探測到加油軟管I的激振頻率過于接近軟管自身固有頻率(軟管有產生共振與顫振的風險)時，通過電流放大單元8改變電極層3的通電電流(包括改變通電電流的大小和方向)。電極層3中電場強度隨之改變，電變流體2中的導電顆粒的極化程度同時發生變化，從而改變電變流體2的物理特性，最終使加油軟管I動態特性產生變化(固有頻率發生偏移)，從而達到避免發生共振和顫振現象的目的。
[0031]優選地，加油軟管I內還嵌設有防靜電層4，該防靜電層4設在電極層3的外側位置，以起防靜電作用。較佳地防靜電層4采用包圍方式設在電極層3的外側。
[0032]優選地，加油軟管I內還嵌設有密封包圍電變流體2和電極層3的封嚴層5，具體的該封嚴層5采用硅膠對供電變流體2的嵌入腔室進行密封。進一步加油軟管I內還嵌設有防靜電層4，該防靜電層4隔設在封嚴層5和電極層3之間，較佳的采用包圍方式隔設在封嚴層5和電極層3之間。
[0033]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型的技術范圍作任何限制，本實施例只對嵌入電變流體的一個腔室進行詳細描述，意在說明該實用新型的想法和工作原理，對智能材料電變流體嵌入形式未作任何限制，故凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，其特征在于:包括加油軟管，該加油軟管內密封嵌設有電變流體和設在該電變流體相對兩側的電極層；還包括傳感單元、控制單元及電流放大單元，該傳感單元設在所述加油軟管上，該傳感單元電連接所述控制單元的輸入端，該控制單元的輸出端通過所述電流放大單元電連接至所述電極層上。
2.如權利要求1所述的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，其特征在于:所述電變流體嵌于所述加油軟管的位置為該加油軟管振動模式下的對應波腹點的位置。
3.如權利要求1所述的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，其特征在于:所述加油軟管內還嵌設有防靜電層，該防靜電層設在所述電極層的外側位置。
4.如權利要求1所述的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，其特征在于:所述加油軟管內還嵌設有密封包圍所述電變流體和電極層的封嚴層。
5.如權利要求4所述的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，其特征在于:所述加油軟管內還嵌設有防靜電層，該防靜電層隔設在所述封嚴層和電極層之間。
6.如權利要求1所述的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，其特征在于:所述傳感單元采用壓電陶瓷片，該壓電陶瓷片表貼在所述加油軟管上。
7.如權利要求1所述的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，其特征在于:所述電極層設在所述電變流體對應沿所述加油軟管壁厚方向上的內外相對兩側位置。
8.如權利要求1所述的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，其特征在于:所述電極層采用鋁膜材料制成。
【文檔編號】F16L11/00GK203743656SQ201420112998
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】楊帆, 陳天柱, 林添良, 夏明博, 楊磊 申請人:華僑大學