PL243724B1

PL243724B1 - Angle actuator made of shape memory material

Info

Publication number: PL243724B1
Application number: PL436957A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Skiba; Zbigniew Czyż
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2023-10-02
Also published as: PL436957A1

Abstract

Siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu, posiadający drut z materiału z pamięcią kształtu i obejmy, w którym pierwsza obejma (1a) zaciśnięta jest na końcu pierwszego drutu (2a) z materiału z pamięcią kształtu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest druga obejma (3a) charakteryzuje się tym, że na pierwszym drucie (2a) pomiędzy pierwszą obejmą (1a) a drugą obejmą (3a) znajduje się trzecia obejma (4a), przy czym pierwsza obejma (1a) połączona jest pierwszym elementem sztywnym (5a) z drugą obejmą (3a). Do trzeciej obejmy (4a) podłączony jest element sztywnym (6a).An angle actuator made of shape memory material, having a wire made of shape memory material and a clamp, in which the first clamp (1a) is clamped to the end of the first wire (2a) made of shape memory material, the second end of which is clamped to the second clamp (3a) ) is characterized by the fact that on the first wire (2a) between the first clamp (1a) and the second clamp (3a) there is a third clamp (4a), with the first clamp (1a) connected to the first rigid element (5a) with the second clamp (3a). A rigid element (6a) is connected to the third clamp (4a).

Description

Przedmiotem wynalazku jest siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu, zwłaszcza do łopat wirników nośnych wiropłatów.The subject of the invention is an angular actuator made of shape memory material, especially for rotor blades of rotorcraft.

Technologie aktywnego sterowania łopaty (Active Control Rotor Blade) oraz aktywnego skręcania łopaty (Active Twist Rotor Blade) opisywane są głównie w publikacjach naukowych. Z publikacji M. Miller, J. Narkiewicz, W. Kania, T. Czechyra, “The Application of Helicopter Rotor Blade Active Control Systems for Noise and Vibration Reduction and Performance Improvement,” no. 184, s. 164-180 znane są rozwiązania konstrukcyjne „inteligentnych” wirników (Smart Rotor) poprzez zastosowanie w aktywnym sterowaniu łopat elementów piezoelektrycznych. Elementy te instalowane są wewnątrz konstrukcji łopaty jako piezo-siłowniki lub piezo-kompozyty. Istnieje możliwość sterowania kątem wychylenia dodatkowej klapki (na krawędzi spływu lub końcówce łopaty) lub odkształcania fragmentu łopaty w celu jej skręcenia. Aktywne sterowanie łopaty może dotyczyć jej fragmentu lub całej jej długości. W pracy J.J. Epps, I. Chopra, “In-flight tracking of helicopter rotor blades using shape memory alloy actuators,” Smart Mater. Struct., vol. 10, no. 1, 2001, opisano koncepcję zastosowania drutów SMA jako elementów wzmacniających strukturę nośną łopaty śmigłowca. W pracy Lachenal, S. Daynes, and P. M. Weaver, “Review of morphing concepts and materials for wind turbine blade applications,” Wind Energy, vol. 16, pp. 283-307, 2013 zwrócono uwagę na dotychczas prowadzone badania i konsekwencje zastosowania materiałów inteligentnych, a mianowicie zmniejszenie oporu aerodynamicznego łopat, ograniczenie hałasu i wibracji, ale także możliwość pojawienia się turbulencji. Wskazano na możliwość zmniejszenia obciążeń skrętnych łopat śmigłowca z siłownikami piezoelektrycznymi o 10%. Ważny jest brak ruchomych elementów i uproszczenie konstrukcji.Active blade control (Active Control Rotor Blade) and active blade twisting (Active Twist Rotor Blade) technologies are mainly described in scientific publications. From the publication M. Miller, J. Narkiewicz, W. Kania, T. Czechyra, “The Application of Helicopter Rotor Blade Active Control Systems for Noise and Vibration Reduction and Performance Improvement,” no. 184, pp. 164-180, design solutions for "intelligent" rotors (Smart Rotor) are known through the use of piezoelectric elements in the active control of blades. These elements are installed inside the blade structure as piezo actuators or piezo-composites. It is possible to control the angle of inclination of an additional flap (at the trailing edge or tip of the blade) or to deform a fragment of the blade to twist it. Active control of the blade may concern its part or its entire length. At work J.J. Epps, I. Chopra, “In-flight tracking of helicopter rotor blades using shape memory alloy actuators,” Smart Mater. Struct., vol. 10, no. 1, 2001, the concept of using SMA wires as elements reinforcing the supporting structure of a helicopter blade was described. In Lachenal, S. Daynes, and P. M. Weaver, “Review of morphing concepts and materials for wind turbine blade applications,” Wind Energy, vol. 16, pp. 283-307, 2013, attention was paid to the research conducted so far and the consequences of the use of intelligent materials, namely reducing the aerodynamic resistance of blades, reducing noise and vibration, but also the possibility of turbulence. The possibility of reducing the torsional loads of helicopter blades with piezoelectric actuators by 10% was indicated. The lack of moving parts and the simplification of the structure are important.

Z opisu zgłoszenia patentowego US2017036752A1 znana jest aktywna łopata śmigła ze stopem z pamięcią kształtu. Przykładowa łopata zawiera korpus śmigła, płytę sprzężoną z korpusem śmigła, człon przenoszący moment obrotowy i siłownik ze stopu z pamięcią kształtu (SMA). Siłownik SMA ma dalszy koniec i bliższy koniec. Dalszy koniec siłownika SMA jest przymocowany do elementu przenoszącego moment obrotowy. Bliższy koniec siłownika SMA jest połączony z korpusem śmigła. Siłownik SMA jest skonfigurowany do przykładania momentu obrotowego do bliższego końca członu przenoszącego moment obrotowy w konsekwencji generowanego ciepła do siłownika SMA. Siłownik SMA jest owinięty spiralą podgrzewającą, na skutek której doznaje odkształcenia.An active propeller blade with a shape memory alloy is known from the description of patent application US2017036752A1. The exemplary blade includes a propeller body, a plate coupled to the propeller body, a torque transmitting member, and a shape memory alloy (SMA) actuator. The SMA actuator has a distal end and a proximal end. The distal end of the SMA actuator is attached to a torque transmitting element. The proximal end of the SMA actuator is connected to the propeller body. The SMA actuator is configured to apply torque to the proximal end of the torque transmitting member as a consequence of generating heat to the SMA actuator. The SMA actuator is wrapped in a heating coil, which causes it to deform.

Z opisu patentowego US6220550B1 znane jest urządzenie służące do odkształcania i poruszania powierzchniami aerodynamicznymi lub hydrodynamicznymi, w tym powierzchniami łopat wirników. Elementy zginane są i blokowane w jednym z co najmniej trzech stabilnych położeń, w którym urządzenie, a zatem powierzchnie aerodynamiczne lub hydrodynamiczne, są utrzymywane przez siłę wytworzoną przez sprężyste odkształcenie zginanych członów. Ponieważ elementy zginane są zawsze elastycznie odkształcane, urządzenie zatrzaskuje się pomiędzy dyskretnymi, stabilnymi pozycjami i jest mocno trzymane w każdym z nich. W innym przykładzie wykonania można zastosować więcej elementów zginających w celu zapewnienia dodatkowych stabilnych pozycji. W jednym zastosowaniu, urządzenie aktywne jest wykorzystywane jako tylna zakładka krawędziowa dla łopaty wirnika śmigłowca lub śmigła ogonowego do tłumienia drgań. Urządzenie może być uruchamiane ręcznie lub elektrycznie za pomocą drutów ze stopu z pamięcią kształtu, aby zapiąć elementy giętkie w ich różnych stabilnych położeniach.The patent description US6220550B1 describes a device for deforming and moving aerodynamic or hydrodynamic surfaces, including the surfaces of rotor blades. The members are flexed and locked in one of at least three stable positions in which the device, and therefore the aerodynamic or hydrodynamic surfaces, are held by the force generated by the elastic deformation of the flexed members. Because bending elements are always elastically deformed, the device snaps between discreet, stable positions and is held firmly in each position. In another embodiment, more bending elements may be used to provide additional stable positions. In one application, the active device is used as a rear edge lap for a helicopter rotor blade or tail rotor to dampen vibrations. The device can be actuated manually or electrically using shape memory alloy wires to lock the flexible members into their various stable positions.

Z opisu patentowego nr US6135713A znana jest aktywnie sterowana łopata wirnika śmigłowca zawierająca klapę z krawędzią spływu, uruchamianą przez szybko działający siłownik. Lekki, wytrzymały, szybko działający siłownik odpowiedni do stosowania jako siłownik klapowy składa się z pary siłowników kolumnowych wykonanych z inteligentnego materiału, takiego jak piezoelektryczny, magnetostrykcyjny, ze stopu z pamięcią kształtu lub innego materiału, który wykazuje zmianę kształtu pod wpływem bodźca zewnętrznego. Każdy z siłowników kolumn składa się z wielu piezoelektrycznych elementów ceramicznych połączonych ze sobą w pojedyncze kolumny. Napięcie różnicowe przyłożone do kolumn powoduje wydłużenie różnicowe siłowników kolumny, co powoduje, że rura siłownika obraca się wokół osi prostopadle do czubków siłowników kolumny. Ruch rury siłownika jest sprzężony przez połączenie z klapą łopaty wirnika. Przeguby sferyczne są rozmieszczone pomiędzy siłownikami kolumny a rurą siłownika, aby zapobiec przenoszeniu znacznych obciążeń zginających na siłowniki kolumny, a dla każdego z siłowników kolumny przewidziane jest również podparcie środkowe w celu ograniczenia wielkości przyspieszeń wywołanych obciążeniami zginającymi, co w przeciwnym razie prowadziłoby do zniszczenia na skutek rozciągania ceramicznych elementów siłownika.From patent description No. US6135713A there is known an actively controlled helicopter rotor blade containing a flap with a trailing edge activated by a fast-acting actuator. A lightweight, durable, fast-acting actuator suitable for use as a flap actuator consists of a pair of column actuators made of an intelligent material such as piezoelectric, magnetostrictive, shape memory alloy, or other material that exhibits shape change when exposed to an external stimulus. Each column actuator consists of multiple piezoelectric ceramic elements connected to each other to form single columns. A differential voltage applied to the columns causes differential extension of the column actuators, which causes the actuator tube to rotate about an axis perpendicular to the tips of the column actuators. The movement of the actuator tube is coupled to the rotor blade flap. Spherical joints are placed between the column actuators and the actuator tube to prevent significant bending loads being transferred to the column actuators, and a center support is also provided for each of the column actuators to limit the magnitude of accelerations due to bending loads, which would otherwise lead to failure due to stretching the ceramic actuator elements.

Z opisu patentowego nr PL208709B1 znana jest łopata turbiny wiatrowej oraz sposób montażu laminowanego profilu łopaty, których istota polega na tym, że belka ma co najmniej jedną pierwszą część i co najmniej jedną drugą część. Pierwsza część ma co najmniej jedną część korpusu połączoną z co najmniej jedną powierzchnią montażową i z co najmniej jedną ścianką wsporczą. Części są dopasowane za pomocą środków dopasowywania wysokości i połączone ze sobą powierzchniami montażowymi, a laminowane profile są zamontowane dookoła belki i przyklejone do odpowiednich ścianek wsporczych.A wind turbine blade and a method of assembling a laminated blade profile are known from patent description No. PL208709B1, the essence of which is that the beam has at least one first part and at least one second part. The first part has at least one body part connected to at least one mounting surface and to at least one support wall. The parts are fitted using height adjustment means and connected to each other by mounting surfaces, and the laminated profiles are mounted around the beam and glued to the appropriate support walls.

W opisie zgłoszenia patentowego nr US2011101170A1 przedstawiono siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu, posiadający drut z materiału z pamięcią kształtu i obejmy, w którym pierwsza obejma zaciśnięta jest na końcu pierwszego drutu z materiału z pamięcią kształtu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest druga obejma. Na pierwszym drucie pomiędzy pierwszą obejmą a drugą obejmą znajduje się trzecia obejma, pierwsza obejma połączona jest pierwszym elementem sztywnym z drugą obejmą. Do trzeciej obejmy podłączony jest drugi element sztywny.The description of patent application No. US2011101170A1 discloses a shape memory material angle actuator having a shape memory material wire and a clamp, in which the first clamp is clamped to the end of the first shape memory wire, the second end of which is clamped to the second clamp. There is a third clamp on the first wire between the first clamp and the second clamp, the first clamp is connected to the first rigid element with the second clamp. The second rigid element is connected to the third clamp.

Przedmiotem wynalazku jest siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu, posiadający drut z materiału z pamięcią kształtu i obejmy, w którym pierwsza obejma zaciśnięta jest na końcu pierwszego drutu z materiału z pamięcią kształtu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest druga obejma.The subject of the invention is an angle actuator made of shape memory material, having a wire made of shape memory material and a clamp, in which the first clamp is clamped at the end of the first wire made of shape memory material, at the other end of which the second clamp is clamped.

W pierwszej odmianie na pierwszym drucie pomiędzy pierwszą obejmą a drugą obejmą znajduje się trzecia obejma. Pierwsza obejma połączona jest pierwszym elementem sztywnym z drugą obejmą, zaś do trzeciej obejmy podłączony jest drugi element sztywny.In the first variant, there is a third clamp on the first wire between the first clamp and the second clamp. The first clamp is connected to the first rigid element to the second clamp, and the second rigid element is connected to the third clamp.

Jego istotą jest to, że na drugim końcu drugiego elementu sztywnego znajduje się czwarta obejma zaciśnięta na pierwszym końcu drugiego drutu z pamięcią kształtu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest piąta obejma połączona z trzecim elementem sztywnym, na którego końcu znajduje się szósta obejma zaciśnięta na pierwszym końcu trzeciego drutu z materiału z pamięcią kształtu z zaciśniętą siódmą obejma na drugim końcu.Its essence is that at the other end of the second rigid element there is a fourth clamp clamped on the first end of the second shape memory wire, on the second end of which there is a fifth clamp connected to the third rigid element, at the end of which there is a sixth clamp clamped on the first end of a third shape memory wire with a seventh clamp crimped on the other end.

Dodatkowo możliwe jest aby oś pierwszego drutu z materiału z pamięcią kształtu pokrywała się z osią trzeciego drutu z materiału z pamięcią kształtu.Additionally, it is possible for the axis of the first wire made of shape memory material to coincide with the axis of the third wire made of shape memory material.

Alternatywnie oś pierwszego drutu z materiału z pamięcią kształtu nie pokrywa się z osią trzeciego drutu z materiału z pamięcią kształtu.Alternatively, the axis of the first shape memory material wire does not coincide with the axis of the third shape memory material wire.

Siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu, posiadający drut z materiału z pamięcią kształtu i obejmy, w którym pierwsza obejma zaciśnięta jest na końcu pierwszego drutu z materiału z pamięcią kształtu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest druga obejma.A shape memory material angle actuator having a shape memory material wire and a clamp, wherein the first clamp is clamped to the end of the first shape memory material wire and the second clamp is clamped to the other end of the clamp.

Istotą siłownika w drugiej odmianie jest to, że na pierwszym drucie pomiędzy pierwszą obejmą a drugą obejmą znajdują się trzecia obejma i czwarta obejma. Pierwsza obejma połączona jest pierwszym elementem sztywnym z czwartą obejmą. Trzecia obejma połączona jest drugim elementem sztywnym z drugą obejmą.The essence of the actuator in the second version is that on the first wire between the first clamp and the second clamp there are a third clamp and a fourth clamp. The first clamp is connected by a first rigid element to the fourth clamp. The third clamp is connected to the second clamp by a second rigid element.

Istotą siłownika w trzeciej odmianie jest to, że druga obejma zaciśnięta jest jednocześnie na pierwszym końcu drugiego drutu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest trzecia obejma. Pierwsza obejma połączona jest za pomocą pierwszego elementu sztywnego z trzecią obejmą. Do drugiej obejmy podłączony jest element sztywny.The essence of the actuator in the third version is that the second clamp is simultaneously clamped on the first end of the second wire, on the other end of which the third clamp is clamped. The first clamp is connected to the third clamp by means of a first rigid element. A rigid element is connected to the second clamp.

Opcjonalnie pierwszy drut i drugi drut wykonane są z takich samych materiałów albo wykonane są z różnych materiałów.Optionally, the first wire and the second wire are made of the same materials or are made of different materials.

Siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu, posiadający druty z materiału z pamięcią kształtu i obejmy zaciśnięte na drucie. IAngular actuator made of shape memory material, having wires made of shape memory material and clamps clamped on the wire. AND

Istotą siłownika w czwartej odmianie jest to, że na pierwszym końcu pierwszego drutu zaciśnięta jest pierwsza obejma. Na jego drugim końcu zaciśnięta jest druga obejma oraz druga obejma zaciśnięta jest jednocześnie na pierwszym końcu drugiego drutu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest trzecia obejma jednocześnie zaciśnięta na pierwszym końcu trzeciego drutu, na którego końcu zaciśnięta jest czwarta obejma. Pierwsza obejma połączona jest za pomocą pierwszego elementu sztywnego z trzecią obejmą. Druga obejma połączona jest za pomocą drugiego elementu sztywnego z czwartą obejmą.The essence of the fourth version of the actuator is that the first clamp is clamped on the first end of the first wire. A second clamp is clamped at its other end and the second clamp is simultaneously clamped on the first end of the second wire, on the other end of which a third clamp is clamped at the same time a third clamp is clamped on the first end of the third wire, on the end of which a fourth clamp is clamped. The first clamp is connected to the third clamp by means of a first rigid element. The second clamp is connected to the fourth clamp using a second rigid element.

Korzystnym skutkiem siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu według wynalazku jest to, że umożliwia on zmianę kąta skręcenia łopaty wirnika nośnego. W dźwigarze łopaty można zamontować jeden lub więcej siłowników kątowych co zwiększa uniwersalność łopaty pod względem dostosowania jej kształtu (kąta skręcenia) do fazy lotu (zawis, lot z prędkością przelotową itp.). Wpływa to bezpośrednio na zwiększenie operacyjności wiropłata wykorzystującego proponowane rozwiązanie. Łopata z wbudowanym siłownikiem kątowym zwłaszcza do łopat wirników nośnych wiropłatów umożliwia optymalizację ilorazu współczynnika siły nośnej do współczynnika siły oporu celem maksymalizacji doskonałości aerodynamicznej. Optymalizacja cech aerodynamicznych pozwala zredukować obciążenia generowane cyklicznie przez wirnik, w zależności od fazy lotu. Szczególnie istotny wpływ będzie to miało na efekt oderwania strug powietrza od powierzchni łopaty w lotach postępowych. Obniżenie amplitud obciążeń zmiennych znacząco podnosi wytrzymałość zmęczeniową konstrukcji, a tym samym obniża masę zespołów współpracujących, takich jak popychacze, pierścienie stałe i obrotowe tarczy sterującej. Zastosowanie odpowiednio zaprogramowanych metastruktur materiałów z pamięcią kształtu zmniejszy zapotrzebowanie na moc, dzięki czemu zwiększy się zasięg statku powietrznego i/lub wydłuży czas zawisu.An advantageous effect of the shape memory material angle actuator of the invention is that it allows the rotation angle of the rotor blade to be changed. One or more angle actuators can be installed in the blade spar, which increases the blade's versatility in terms of adapting its shape (rotation angle) to the flight phase (hovering, flight at cruising speed, etc.). This directly increases the operability of the rotorcraft using the proposed solution. A blade with a built-in angular actuator, especially for rotor blades of rotorcraft, enables the optimization of the lift-to-drag ratio to maximize aerodynamic perfection. Optimization of aerodynamic features allows to reduce the loads generated cyclically by the rotor, depending on the flight phase. This will have a particularly significant impact on the effect of detaching air streams from the blade surface in progressive flights. Reducing the amplitudes of variable loads significantly increases the fatigue strength of the structure, and thus reduces the mass of interacting assemblies, such as pushers, fixed and rotating rings of the control disc. The use of appropriately programmed metastructures of shape memory materials will reduce the demand for power, thus increasing the range of the aircraft and/or extending the hovering time.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:The subject of the invention in an embodiment is shown in the drawing, in which the individual figures show:

fig. 1 - widok z boku siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu w pierwszej odmianie wykonania, fig. 2 - widok perspektywiczny siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu w drugiej odmianie wykonania, fig. 3 - widok perspektywiczny siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu w trzeciej odmianie wykonania, fig. 4 - widok perspektywiczny siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu w czwartej odmianie wykonania, fig. 5 - widok z przodu siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu w czwartej odmianie wykonania, fig. 5a - przekrój wzdłuż płaszczyzny A-A z fig. 6, fig. 5b -- przekrój wzdłuż płaszczyzny B-B z fig. 6, fig. 6 - widok z góry łopaty wirnika z wyrwaniem przedstawiającym siłownika z materiału z pamięcią kształtu w czwartej odmianie wykonania.Fig. 1 - side view of the angular actuator made of shape memory material in the first embodiment, Fig. 2 - perspective view of the angular actuator made of shape memory material in the second embodiment, Fig. 3 - perspective view of the angular actuator made of shape memory material in the third embodiment, Fig. 4 - perspective view of the angular actuator made of shape memory material in the fourth embodiment, Fig. 5 - front view of the angular actuator made of shape memory material in the fourth embodiment, Fig. 5a - cross-section along the plane A-A from Fig. 6, Fig. 5b - cross-section along the B-B plane from Fig. 6, Fig. 6 - top view of the rotor blade with a cutout showing an actuator made of shape memory material in the fourth version.

Siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu, w pierwszym przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 rysunku składa się z pierwszej obejmy 1a zaciśniętej na końcu wiązki pierwszych drutów 2a z materiału z pamięcią kształtu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest druga obejma 3a. Na wiązce pierwszych drutów 2a pomiędzy pierwszą obejmą 1a a drugą obejmą 3a znajduje się trzecia obejma 4a. Pierwsza obejma 1a połączona jest pierwszym elementem sztywnym 5a z drugą obejmą 3a. Do trzeciej obejmy 4a podłączony jest element sztywny 6a, na którego końcu znajduje się czwarta obejma 7a. Obejma 7a zaciśnięta jest na pierwszym końcu drugiej wiązki drutów 8a z pamięcią kształtu, na którego drugim końcu zaciśnięta jest piąta obejma 10a. Do piątej obejmy 10a podłączony jest trzeci element sztywny 11a, na którego końcu znajduje się szósta obejma 12a, która zaciśnięta jest na pierwszym końcu trzeciej wiązki drutów 9a z materiału z pamięcią kształtu. Na drugim końcu trzeciego drutu 9a zaciśnięta jest siódma obejma 13a. Oś pierwszej wiązki drutów 2a z materiału z pamięcią kształtu pokrywa się z osią trzeciej wiązki drutów 9a z materiału z pamięcią kształtu.The angular actuator made of shape memory material, in the first embodiment shown in Fig. 1 of the drawing, consists of a first clamp 1a clamped at the end of a bundle of first wires 2a made of shape memory material, at the other end of which a second clamp 3a is clamped. On the bundle of first wires 2a, between the first clamp 1a and the second clamp 3a, there is a third clamp 4a. The first clamp 1a is connected to the second rigid element 5a with the second clamp 3a. A rigid element 6a is connected to the third clamp 4a, with a fourth clamp 7a at its end. The clamp 7a is clamped to the first end of the second bundle of shape memory wires 8a, the second end of which is clamped to the fifth clamp 10a. A third rigid element 11a is connected to the fifth clamp 10a, at the end of which there is a sixth clamp 12a, which is clamped to the first end of the third bundle of wires 9a made of shape memory material. At the other end of the third wire 9a, the seventh clamp 13a is clamped. The axis of the first bundle of shape memory material wires 2a coincides with the axis of the third bundle of shape memory material wires 9a.

Siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu w drugim przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 2 rysunku składa się z pierwszej wiązki drutów 2b na której końcach zaciśnięte są pierwsza obejma 1b i druga obejma 3b. Pomiędzy nimi na pierwszej wiązce drutów 2b zaciśnięte są kolejno trzecia obejma 4b i czwarta obejma 7b. Pierwsza obejma 1b połączona jest pierwszym elementem sztywnym 5b z czwartą obejmą 7b, zaś trzecia obejma 4b połączona jest drugim elementem sztywnym 6b z drugą obejmą 3b.The angular actuator made of shape memory material in the second embodiment shown in Fig. 2 of the drawing consists of the first bundle of wires 2b, at the ends of which the first clamp 1b and the second clamp 3b are clamped. Between them, the third clamp 4b and the fourth clamp 7b are clamped on the first bundle of wires 2b. The first clamp 1b is connected to the first rigid element 5b with the fourth clamp 7b, and the third clamp 4b is connected to the second rigid element 6b with the second clamp 3b.

Siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu w trzecim przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 3 rysunku składa się z pierwszej obejmy 1c zaciśniętej na pierwszym końcu wiązki pierwszych drutów 2c i drugiej obejmy 3c zaciśniętej na drugim końcu wiązki pierwszych drutów 2c. Druga obejma 3c zaciśnięta jest jednocześnie na pierwszym końcu wiązki drugich drutów 8c, na którego drugim końcu zaciśnięta jest trzecia obejma 4c. Pierwsza obejma 1c połączona jest za pomocą pierwszego elementu sztywnego 5c z trzecią obejmą 4c, zaś do drugiej obejmy 3c podłączony jest element sztywnym 6c.The shape memory material angular actuator in the third embodiment shown in Fig. 3 of the drawing consists of a first clamp 1c clamped on the first end of the bundle of first wires 2c and a second clamp 3c clamped on the other end of the bundle of first wires 2c. The second clamp 3c is simultaneously clamped on the first end of the bundle of second wires 8c, on the other end of which the third clamp 4c is clamped. The first clamp 1c is connected by means of a first rigid element 5c to the third clamp 4c, and a rigid element 6c is connected to the second clamp 3c.

Siłownik kątowy z materiału z pamięcią kształtu w czwartym przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 4, 5, 5a, 5b i 6 rysunku składa się z pierwszej obejmy 1d zaciśniętej na pierwszym końcu wiązki pierwszych drutów 2d. Na drugim końcu wiązki pierwszych drutów 2d zaciśnięta jest druga obejma 3d. Druga obejma 3d zaciśnięta jest jednocześnie na pierwszym końcu wiązki drugich drutów 8d. Na drugim końcu wiązki drugich drutów 8d zaciśnięta jest trzecia obejma 4d, która jednocześnie zaciśnięta jest na pierwszym końcu wiązki trzecich drutów 9d. Na końcu wiązki trzecich drutów 9d zaciśnięta jest czwarta obejma 7d. Pierwsza obejma 1d połączona jest za pomocą pierwszego elementu sztywnego 5d z trzecią obejmą 4d. Druga obejma 3d połączona jest za pomocą drugiego elementu sztywnego 6d z czwartą obejmą 7d.The shape memory material angular actuator in the fourth embodiment shown in Figures 4, 5, 5a, 5b and 6 of the drawing consists of a first clamp 1d clamped at the first end of a bundle of first wires 2d. At the other end of the bundle of first wires 2d, a second clamp 3d is clamped. The second clamp 3d is simultaneously clamped to the first end of the bundle of second wires 8d. At the other end of the bundle of second wires 8d, a third clamp 4d is clamped, which is simultaneously clamped to the first end of the bundle of third wires 9d. At the end of the bundle of third wires 9d, a fourth clamp 7d is clamped. The first clamp 1d is connected to the third clamp 4d by means of a first rigid element 5d. The second clamp 3d is connected via a second rigid element 6d to the fourth clamp 7d.

We wszystkich przykładach wykonania zestawami drutów 2c, 2d, 8c, 8d, 9d z materiału z pamięcią kształtu jest zestaw sześciu drutów, okalających drut środkowy. Posiadają one poprzeczny kształt kołowy i wykonane są ze stopu z pamięcią kształtu.In all embodiments, the shape memory material wire sets 2c, 2d, 8c, 8d, 9d are a set of six wires surrounding a center wire. They have a transverse circular shape and are made of a shape memory alloy.

Zasada działania siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu, w pierwszym przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 rysunku polega na tym, że pierwsza obejma 1a oraz druga obejma 3a zaciśnięte na końcach wiązki pierwszych drutów 2a i połączone ze sobą pierwszym elementem sztywnym 5a utwierdzone są w uchwycie dźwigara po jednej stronie przygotowanej odpowie dnio kieszeni a po drugiej jej stronie zamocowany jest element sztywny 6a podłączony do trzeciej obejmy 4a. Wiązka pierwszych drutów 2a, z którymi połączone są utwierdzone w dźwigarze obejmy zaprogramowane zostały na skręcanie o zadany kąt obrotu. Poprzez zmianę temperatury drutów wykonanych z materiału z pamięcią kształtu następuje ich prostowanie lub skręcanie w zależności od postaci wyjściowej co powoduje ruch obrotowy jednej obejmy względem drugiej a co za tym idzie skręcenie dźwigara łopaty. W przypadku zablokowania (zamocowania) razem pierwszej obejmy 1a oraz drugiej obejmy 3a ruch obrotowy względem nich będzie wykonywał element sztywny 6a a wraz z nim część dźwigara z którą jest połączony. Dodatkowa czwarta obejma 7a umieszczona na drugim końcu drugiego elementu sztywnego 6a podlega obrotowi wraz z elementem sztywnym 6a w przypadku wystąpienia zmiany temperatury wiązki pierwszych drutów 2a. W siłowniku tym znajduje się dodatkowo druga wiązka drutów 8a z pamięcią kształtu, która jest zaciśnięta obejmą 7a na pierwszym końcu, zaś na drugim zaciśnięta jest piąta obejma 10a. W przypadku zmiany temperatury drugiej wiązki drutów 8a zmiany położenia kątowego doznaje piąta obejma 10a. Położenie to jest uwarunkowane zarówno skręceniem drugiej wiązki drutów 8a jak i pierwszej wiązki drutów 2a. Wraz ze zmianą położenia kątowego piątej obejmy 10a położenie zmienia również trzeci element sztywny 11a wraz z pozostałymi elementami połączonymi z nim tj. szósta obejma 12a, trzecia wiązka drutów 9a, siódma obejma 13a. Zmiana położenia siódmej obejmy 13a uwarunkowana jest dodatkowo skręceniem trzeciej wiązki drutów 9a jeśli jej temperatura zostanie zmieniona do wymaganej wartości.The principle of operation of the angular actuator made of shape memory material in the first embodiment shown in Fig. 1 of the drawing is that the first clamp 1a and the second clamp 3a, clamped at the ends of the bundle of first wires 2a and connected to each other by the first rigid element 5a, are fixed in girder holder, on one side of a suitably prepared pocket, and on the other side a rigid element 6a connected to the third clamp 4a is attached. The bundle of first wires 2a, to which the clamps fixed in the beam are connected, has been programmed to twist through a given angle of rotation. By changing the temperature of the wires made of shape memory material, they are straightened or twisted depending on the initial form, which causes rotation of one clamp relative to the other and, consequently, twisting of the blade spar. If the first clamp 1a and the second clamp 3a are locked (fastened) together, the rigid element 6a and with it the part of the girder to which it is connected will perform rotational movement relative to them. An additional fourth clamp 7a placed at the other end of the second rigid element 6a is rotated together with the rigid element 6a in the event of a change in the temperature of the bundle of first wires 2a. The actuator additionally contains a second bundle of shape memory wires 8a, which is clamped with a clamp 7a at the first end, and a fifth clamp 10a is clamped at the second end. If the temperature of the second bundle of wires 8a changes, the angular position of the fifth clamp 10a changes. This position is determined by both the twisting of the second wire bundle 8a and the first wire bundle 2a. With the change of the angular position of the fifth clamp 10a, the third rigid element 11a also changes its position along with the remaining elements connected to it, i.e. the sixth clamp 12a, the third bundle of wires 9a, the seventh clamp 13a. The change in the position of the seventh clamp 13a is additionally conditioned by the twisting of the third bundle of wires 9a if its temperature is changed to the required value.

Zasada działania siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu w drugim przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 2 rysunku polega na tym, że w dźwigarze w specjalnie przygotowanej kieszeni 17 z jednej strony zamocowana jest pierwsza obejma 1b a drugiej strony druga obejma 3b. Pierwsza obejma 1b połączona jest pierwszym elementem sztywnym 5b z czwartą obejmą 7b. Druga obejma 3b połączona jest z trzecią obejmą 4b drugim elementem sztywnym 6b. W przypadku zmiany temperatury wiązki pierwszych drutów 2b następuje zmiana położenia kątowego pierwszej obejmy 1b względem drugiej obejmy 3b co przyczynia się do skręcenia dźwigara.The principle of operation of the angular actuator made of shape memory material in the second embodiment shown in Fig. 2 of the drawing is that in the beam, in a specially prepared pocket 17, the first clamp 1b is mounted on one side and the second clamp 3b is mounted on the other side. The first clamp 1b is connected to the fourth rigid element 5b with the fourth clamp 7b. The second clamp 3b is connected to the third clamp 4b by a second rigid element 6b. If the temperature of the bundle of first wires 2b changes, the angular position of the first clamp 1b relative to the second clamp 3b changes, which causes the girder to twist.

Zasada działania siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu w trzecim przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 3 rysunku polega na tym, że wiązka pierwszych drutów 2c i wiązka drugich drutów 8c utwierdzone odpowiednio w pierwszej obejmie 1c i trzeciej obejmie 4c skręcają pod wpływem zmiany temperatury drugą obejmę 3c a wraz z nią element sztywnym 6c.The principle of operation of the angular actuator made of shape memory material in the third embodiment shown in Fig. 3 of the drawing is that the bundle of first wires 2c and the bundle of second wires 8c, fixed in the first clamp 1c and the third clamp 4c, respectively, twist the second clamp due to the temperature change. 3c and with it the rigid element 6c.

Zasada działania siłownika kątowego z materiału z pamięcią kształtu w czwartym przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 4, 5, 5a, 5b i 6 rysunku polega na tym, że poprzez zmianę temperatury wiązki pierwszych drutów 2d, wiązki drugich drutów 8d i wiązki trzecich drutów 9d zmienia się położenie kątowe pierwszej obejmy 1d względem czwartej obejmy 7d. Efekt jest wzmacniany ze względu na współpracę pierwszej obejmy 1d z trzecią obejmą 4d poprzez połączenie ich razem przy pomocy pierwszego elementu sztywnego 5d i analogicznie poprzez połączenie czwartej obejmy 7d z drugą obejmą 3d za pomocą drugiego elementu sztywnego 6d.The principle of operation of the angle actuator made of shape memory material in the fourth embodiment shown in Fig. 4, 5, 5a, 5b and 6 of the drawing is that by changing the temperature of the bundle of first wires 2d, the bundle of second wires 8d and the bundle of third wires 9d changes the angular position of the first clamp 1d relative to the fourth clamp 7d. The effect is enhanced due to the cooperation of the first clamp 1d with the third clamp 4d by connecting them together by means of the first rigid element 5d and similarly by connecting the fourth clamp 7d with the second clamp 3d by means of the second rigid element 6d.

Claims

1. An angle actuator made of shape memory material, having a wire made of shape memory material and a clamp, in which the first clamp (1a) is clamped to the end of the first wire (2a) made of shape memory material, the second end of which is clamped to the second clamp (3a), where on the first wire (2a) between the first clamp (1a) and the second clamp (3a) there is a third clamp (4a), while the first clamp (1a) is connected to the first rigid element (5a) with the second clamp (3a). ), characterized in that a second rigid element (6a) is connected to the third clamp (4a), at the other end of which there is a fourth clamp (7a) clamped to the first end of the second shape memory wire (8a), the second end of which is clamped there is a fifth clamp (10a) connected to a third rigid element (11a), at the end of which there is a sixth clamp (12a) crimped on the first end of a third shape memory wire (9a) with a seventh clamp (13a) crimped on the other end.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the axis of the first wire (2a) made of shape memory material coincides with the axis of the third wire (9a) made of shape memory material.

3. Actuator according to claim 1, characterized in that the axis of the first wire (2a) made of shape memory material does not coincide with the axis of the third wire (9a) made of shape memory material.

4. An angle actuator made of shape memory material, having a wire made of shape memory material and a clamp, in which the first clamp (1b) is clamped at the end of the first wire (2b) made of shape memory material, at the other end of which the second clamp is clamped clamp (3b), characterized in that on the first wire (2b) between the first clamp (1b) and the second clamp (3b) there are a third clamp (4b) and a fourth clamp (7b), with the first clamp (1b) connected by the first a rigid element (5b) with the fourth clamp (7b), and the third clamp (4b) is connected to the second rigid element (6b) with the second clamp (3b).

5. A shape memory material angle actuator having a shape memory material wire and a clamp, wherein the first clamp (1c) is clamped to the end of the first shape memory material wire (2c), the second end of which is clamped to the second clamp (3c), characterized in that the second clamp (3c) is simultaneously clamped to the first end of the second wire (8c), on the second end of which the third clamp (4c) is clamped, and the first clamp (1c) is connected by means of the first a rigid element (5c) with a third clamp (4c), and a rigid element (6c) is connected to the second clamp (3c).

6. Actuator according to claim 5, characterized in that the first wire (2c) and the second wire (8c) are made of the same materials.

7. Actuator according to claim 5, characterized in that the first wire (2c) and the second wire (8c) are made of different materials.

8. Angular actuator made of shape memory material, having wires made of shape memory material and clamps clamped on the wire, in which a first clamp (1d) is clamped on the first end of the first wire (2d) and a second clamp is clamped on its second end (3d), characterized in that the second clamp (3d) is simultaneously clamped on the first end of the second wire (8d), on the second end of which the third clamp (4d) is clamped and simultaneously clamped on the first end of the third wire (9d), on the second end of which the fourth clamp (7d) is tightened, the first clamp (1d) is connected to the third clamp (4d) by means of the first rigid element (5d), and the second clamp (3d) is connected to the fourth clamp by means of the second rigid element (6d). (7d).

9. Actuator according to claim 6 or 7, characterized in that the first wire (2d), the second wire (8d) and the third wire (9d) are made of the same materials.

10. Actuator according to claim 6 or 7, characterized in that the first wire (2d), the second wire (8d) and the third wire (9d) are made of different materials.