伸缩机翼变体飞机气动特性研究

伸缩机翼变体飞机通过机翼伸缩调整机翼展长,从而改变机翼面积和展弦比,改变飞机的气动布局和机翼的气动特性,满足多任务点的设计要求。简要介绍伸缩机翼变体飞机的发展历史,重点研究一种采用伸缩机翼设计的超音速飞机的气动特性变化。研究结果表明：亚音速时机翼展长伸长,展弦比增大,飞机诱导阻力降低,升阻比提高,可以明显提高飞机的航程;超音速时机翼展长缩短,展弦比减小,飞机的波阻降低,升阻比增大,提高了超音速飞行性能。伸缩机翼概念用于超音速飞机设计时能很好地兼顾亚音速巡航和超音速冲刺。     

伸缩机翼变体飞机气动布局初步研究

针对侦察-打击一体化飞机的性能需求,提出了一种伸缩机翼变体飞机气动布局概念方案,采用气动力计算、风洞试验、缩比飞行模型研究等手段,对其机翼展开与收缩等不同状态的气动特性进行了分析,验证了机翼展开状态升阻比高、续航时间长和机翼收缩状态阻力小、加速冲刺性能好的设计思想。研究结果表明,伸缩机翼变体飞机能够适应侦察-打击一体化飞机的需要,具有广阔的应用前景。     

飞翼布局无人机变形机翼设计与模型验证研究

对飞翼布局无人机变形机翼和变形机翼传动机构进行了设计,根据设计结果制作验证模型进行风洞实验和外场飞行试验,以此研究伸缩段机翼对飞行器机翼整体气动性能的影响。结果表明:采用变形机翼技术,可以通过实时控制机翼的气动外形保持较高的气动效率,提高飞机在巡航状态下的升力和高速飞行状态下的机动性,满足飞机在各种任务剖面的战术性能要求。     

机翼滑移过程气动力与稳定性分析

为适应不同飞行状态,设计了一种机翼可纵向滑移的变体飞机,并分析了在变体过程中的纵向气动特性与纵向稳定性。通过FLUENT UDF动网格技术,计算得到飞机机翼以不同速度滑移的变体过程中纵向气动力和力矩系数的变化情况,据此定性分析机翼滑移速度对纵向气动力和力矩系数的影响;通过研究飞机变体过程中焦点与重心的位置变化曲线,分析飞机在变体过程中的稳定性。结果显示:变体过程中机翼低速滑移时,滑移速度对纵向气动力和力矩系数影响不大;飞机在变体过程中由纵向稳定飞行状态变为不稳定飞行状态。     

Z型翼变体飞机的纵向多体动力学特性

机翼变形时,变体飞机的翼面积、惯性特性、全机焦点和重心位置等均会发生较大的变化,从而引起飞机的动态特性也随之改变。为此对机翼变形过程中的Z型翼变体飞机进行了纵向多体动力学建模仿真;推导了变形过程中变体飞机的六自由度非线性动力学方程,并通过简化得到了解耦后的纵向动力学方程。机翼折叠动态过程的气动特性数值模拟结果表明,不同折叠角速度下飞机的气动力相差不大。在机翼折叠角速度较小且忽略非定常气动效应的情况下,采用气动力准定常假设对变形过程中不同机翼折叠角速度下变体飞机的纵向响应进行了数值仿真,并研究了重心位置移动和气动特性变化对飞机变形过程动态特性的影响规律。结果表明,折叠过程中气动特性的变化是影响飞机动态特性的主要因素,机翼折叠后飞机的速度和迎角增加,且飞行高度下降较大。     

变体飞机设计的主要关键技术

针对变体飞机的特点,分析了其在设计中出现的诸多新的技术难点,对拟解决的主要关键技术,包括变体飞机不同于常规固定构型飞机的总体及气动协调设计、机翼智能结构设计、可控性设计与飞行控制系统设计等进行了详细介绍。研究结果对于变体飞机的设计具有一定参考价值。     

用于翼面的一种柔性驱动结构的数值仿真分析

变体飞机是通过机翼的柔性、连续变形,使飞机可以实现在不同飞行环境下都具有最佳气动外形。本文提出了一种新的弹簧网状柔性机翼驱动结构模型。在小变形假定的条件下,建立有限元模型,计算得到了典型受力条件下的变形特征,通过数据分析,对比了理论模型解与仿真解的差异,并总结出网状弹簧柔性结构驱动设计的优点与可行性,为模型后续研究提供了指导方向与依据。同时该研究结果对于变体飞机驱动结构的设计具有一定的参考价值。     

基于CFD／CSD的大展弦比机翼气动弹性分析

大展弦比飞机在飞行过程中受气动载荷影响,其大展弦比机翼产生弯曲和扭转变形,这种弹性变形严重影响飞机的飞行性能和飞行安全,不能将此种飞机机翼当作传统的刚性机翼进行气动分析。针对一大展弦比机翼,采用气动／结构耦合分析方法,利用计算流体动力学（CFD）软件CFX和计算结构动力学（CSD）软件ANSYS联合求解,研究了在不同载荷情况下大展弦比机翼静气动弹性变形对机翼气动特性的影响。结果表明,大展弦比无人机机翼受载变形后升阻比降低,升力下降明显,阻力略有上升,机翼翼尖容易失速。     

一种柔性蒙皮设计技术及其在后缘变弯度机翼结构中的应用

变体飞机可在飞行包线内的不同飞行状态下获得最优气动效能,增强执行多种任务目标的能力,实现变体飞机结构的关键技术之一是柔性蒙皮的设计。本文介绍一种基于可变形蜂窝的柔性蒙皮结构,并研究了这种柔性蒙皮在后缘变弯度机翼结构上的应用,通过仿真分析和全尺寸原理样件地面试验验证,该结构满足真实飞行载荷条件下对变形能力和承载能力的要求。     

机翼前缘结构连续偏转精确控制研究

<正>机翼是飞机升力的主要来源,其设计是整个飞机结构设计的关键~[1],传统飞机采用的固定翼型加襟缝翼结构~[2]来实现弯度和厚度的改变,从而改善起飞和降落性能。但这样会破坏机翼的连续性,易出现结构疲劳断裂~[3],且无法实现全航程都能保持良好的气动性能。面对不断提高的飞行要求,能够在飞行过程中根据飞行环境和机动要求主动改变自身外形结构,且变形过程连续、尺度大、自由度多的变体飞机或变体机翼已成为当前国内外航空业界的研究热点~[4]。2003年,     

Continuous morphing trailing-edge wing concept based on multi-stable nanomaterial

Morphing technology is one of the most effective methods to improve the flight efficiency of aircraft. Traditional control surfaces based morphing method is mature and widely used on current civil and military aircraft, but insufficiently effective for the entire flight envelope. Recent research on morphing wing still faces the challenge that the skin material for morphing should be both deformable and stiff. In this study, a continuous morphing trailing-edge wing with a new multi-stable nano skin material fabricated using surface mechanical attrition treatment technology was proposed and designed. Computational fluid dynamics simulation was used to study the aerodynamic performance of the continuous morphing trailing-edge wing. Results show that the lift coefficient increases with the increase of deflection angle and so does the lift-drag ratio at a small angle of attack. More importantly, compared with the wing using flaps, the continuous morphing trailing-edge wing can reduce drag during the morphing process and its overall aerodynamic performance is improved at a large angle of attack range. Flow field analysis reveals that the continuous morphing method can delay flow separation in some situations.     

折叠翼变体飞行器非定常气动特性实验研究

折叠翼变体飞行器是一种可以在飞行中改变自身气动外形的新型飞行器。研制出了一种折叠翼变体飞行器的风洞实验模型,在风洞实验中测得了模型不同变体位置下的气动力以及进行变体运动时气动力的动态变化过程,并通过PIV实验手段获得模型周围的流场在变体运动过程中的变化情况。结果表明：在机翼变形过程中,折叠翼模型有明显的非定常气动现象产生,而且折叠变形的速度越大,非定常现象越明显。出现非定常现象的主要原因是变体运动对机翼前缘涡的影响。     

折叠机翼变体飞机纵向操纵性与稳定性研究

针对一种飞翼布局折叠机翼变体飞机方案,建立了相应的研究模型,使用涡格估算方法计算出机翼折叠角度对全机纵向静稳定性的影响.利用飞机纵向小扰动运动方程,分别得到了机翼展开和折叠状态的长、短周期模态,并对其动稳定性进行了讨论.结合工程估算方法和风洞试验方法,计算出内段机翼折叠过程全机力矩系数、升降舵操纵导数以及升降舵配平偏角...     

折叠机翼变体飞机非对称变形控制效率分析

折叠机翼变体飞机变形量大,变形引起的气动参数变化显著,提出一种将非对称变形作为操纵输入的控制方案,研究非对称变形的控制效率和有效区间。首先建立能够完整描述变形过程的非线性动力学方程和气动力模型;然后基于非对称变形控制方法建立一种非对称变形操纵模型;最后通过与常规操纵面效率对比和仿真的动态响应总结出非对称变形操纵的最大变形操纵有效区间。结果表明:在较低飞行速度下非对称变形操纵效率高,非对称变形操纵能够在基准折叠角度90°附近提供最高的滚转操纵效率。     

Integrated optimization design of smart morphing wing for accurate shape control

Smart morphing wing, which is equipped with smart materials and able to change structural geometry adaptively, can further improve aerodynamic efficiency of aircraft. This paper presents a new integrated layout and topology optimization design for morphing wing driven by shape memory alloys (SMAs). By simultaneously optimizing the layout of smart actuators and topology of wing substrate, the ultimately determined configuration can achieve smooth, continuous and accurate geometric shape changes. In addition, aerodynamic analysis is carried out to compare smart morphing wing with traditional hinged airfoil. Finally, the optimized smart wing structure is constructed and tested to demonstrate and verify the morphing functionality. Application setbacks are also pointed out for further investigation.     

A compliant polymorphing wing for small UAVs

This paper presents the development of a novel compliant polymorphing wing capable of chord and camber morphing for small UAVs. The morphing wing can achieve up to 10% chord extension and ±20° camber changes. The design, modeling, sizing, manufacturing and mechanical testing of the wing are detailed. The polymorphing wing consists of one continuous front spar fixed to the fuselage and a rear spar on each side of the wing. Each rear spar can translate in the chordwise direction (chord morphing) and rotate around itself (camber morphing). A flexible elastomeric latex sheet is used as the skin to cover the wing and maintain its aerodynamic shape whilst allowing morphing. The loads from the skin are transferred to the spars using the compliant cellular ribs that support the flexible skin and facilitate morphing. Pre-tensioning is applied to the skin to minimize wrinkling when subject to aerodynamic and actuation loads. A rack and pinion actuation system, powered by stepper motors, is used for morphing. Aero-structural design, analysis and sizing are conducted. Performance comparison between the polymorphing wing and the baseline wing (non-morphing) shows that chord morphing improves aerodynamic efficiency at low angles of attack while camber morphing improves efficiency at high angles of attack.