飞行器新结构技术展望

随着飞行器设计需求的提升，飞行器结构不断向结构功能一体化、智能化等方向发展，飞行器新结构技术是飞行器结构发展需求的体现。本文从飞行器结构设计技术发展的维度出发，着重对近几十年来出现的飞行器结构创新概念及理念进行了汇总和整理，形成了对航空航天飞行器结构技术发展趋势的研判，分别从轻质/多功能结构、智能结构、变形/变体结构、仿生材料/结构和防隔热承载一体化结构5个方面展开介绍和分析，最后给出对航空和航天飞行器结构技术发展趋势的总结，这些结论可对后续飞行器结构设计专业的发展提供有益借鉴。     

智能材料和结构在变体飞行器上的应用现状与前景展望

变体飞行器可以根据不同的飞行条件改变自身形状以获得最优的气动性能,大大提高飞行器的综合性能,是未来飞行器发展的重要方向之一。新型智能材料和结构具有驱动、变形、承载、传感等特点,为变体飞行器的设计提供了新的技术途径。本文根据不同可变形机翼结构分类,详细阐述了智能材料和结构在自适应结构、智能驱动器和变形蒙皮等方面的研究现状。变体飞行器的实现亟需解决变形/承载一体化蒙皮技术、轻质大输出力驱动器技术和自适应结构技术等关键技术,本文还对智能材料和结构未来在变体飞行器上的应用前景进行了展望。     

智能材料和结构在变体飞行器上的应用现状与前景展望简

 变体飞行器可以根据不同的飞行条件改变自身形状以获得最优的气动性能,大大提高飞行器的综合性能,是未来飞行器发展的重要方向之一。新型智能材料和结构具有驱动、变形、承载、传感等特点,为变体飞行器的设计提供了新的技术途径。本文根据不同可变形机翼结构分类,详细阐述了智能材料和结构在自适应结构、智能驱动器和变形蒙皮等方面的研究现状。变体飞行器的实现亟需解决变形/承载一体化蒙皮技术、轻质大输出力驱动器技术和自适应结构技术等关键技术,本文还对智能材料和结构未来在变体飞行器上的应用前景进行了展望。     

逃逸飞行器喷流影响试验研究

本文介绍了在跨超声速风洞中进行的逃逸飞行器模型气动特性、载荷分布及流场结构试验研究,提供了Ｍ＝０．６～４．０,α＝－２°～２０°范围内的试验结果。试验结果和流动图象表明：由逃逸飞行器头部喷射出的喷流严重影响逃逸飞行器的气动特性和载荷分布。     

高超声速飞行器非线性控制研究

针对高超声速飞行器非线性控制研究问题,介绍了在控制器设计中的特点及难点;阐述了在现有文献中关 于高超声速飞行器非线性控制相关研究工作,并分别从变结构控制方法、鲁棒自适应控制方法、结合智能控制方法 以及观测器在控制器设计中的应用等方面进行了分析;最后,结合高超声速飞行器自身特点,指出了高超声速飞行 器非线性控制领域的研究热点和发展趋势。     

1 500℃极端高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料热/振联合试验

远程高超声速飞行器处于极为恶劣的气动加热与振动耦合环境中,长时间的高温与振动载荷相互叠加会导致飞行器热防护材料出现裂纹、错位、剥离或脱落,甚至会引发致命的安全事故。因此热防护材料在极端高温环境下的地面热/振联合试验测试,对于高超声速飞行器的安全可靠性设计极为重要。建立高温与振动复合试验环境,设法解决轻质多孔隔热材料在强振动下,表面温度难于准确测量与控制的难题,制作水冷式隔热装置保护价格昂贵的振动激励设备等,实现了1 500℃高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料的热/振联合试验。得到非金属隔热材料陶瓷纤维板内部的断裂形貌及裂纹断面特征。根据试验前、后材料的表观及微观变化以及内部结合剂的变化等试验结果,对材料进行改进。经过试验测试后,达到了使用要求。本文建立的1 500℃极端高温环境下的热/振联合试验系统及试验结果为远程高超声速飞行器热防护材料的抗振动能力评估、隔热效果确定以及材料性能的改进提供了重要支撑。     

飞行器实时测控信息融合体制研究

飞行器实时测控系统是一个典型的多传感器系统，其多源信息需要融合处理，融合处理能够有效提高实时测控的准确度、可靠度和智能化水平。本文分析了信息融合技术对飞行器实时测控的作用，初步探讨了飞行器实时测控信息融合的功能定义、结构模型、融合方法等，并提出了工程应用中的关键技术和问题。     

重复使用飞行器双层式结构连接研究

与常规飞机和一次性运载火箭不同,重复使用飞行器是航空、航天技术的高度融合,具有双层式结构,内层贮箱与外层飞行器机身之间的连接对飞行器至关重要。针对某重复使用飞行器,提出了静定结构和静不定结构两种连接方案,并采用有限元分析的方法进行了静力分析,通过比较和分析得知:静不定结构连接方案更加合理。     

故障注入技术在飞行器非电系统中的应用进展

故障注入是一种基于试验的测评方法，是飞行器综合健康管理的重要组成部分，在提高飞行器的安全性方面具有重要作用。本文介绍了故障注入技术的基本原理，详细阐述了故障注入的各种实现方法在飞行器中的应用现状，重点分析了故障注入技术在飞行器结构、防热、液压、机械等非电系统应用中的关键技术以及存在的技术难点，并展望了该领域的发展。     

智能可变形飞行器关键技术发展现状及展望

智能可变形飞行器是当前航空航天飞行器研究领域的一个热点,是最有可能带来航空航天技术变革,产生颠覆性影响的领域之一,因此受到国内外的广泛关注。本文首先指出飞行器可变形的需求主要来源于如下几个方面,即:1)未来飞行器的飞行空域、速域不断扩大,固定外形可能无法满足不同飞行工况对飞行器气动和飞行性能的需求;2)单架飞行器实现多个飞行使命和任务,可能需要飞行器在执行不同飞行任务时具有不同的气动外形;3)提升现有飞行器的气动总体性能,要求其在各个飞行阶段,通过调整气动外形,使其始终保持优良的气动和飞行性能。介绍了现代意义上的智能可变形飞行器所包含的"变形"和"智能"两方面的含义,其中"变形"是指不同空间尺度(局部、分布、整体)和时间尺度的连续变形,涵盖的范围很宽。按照变形尺度和实现的功能将其划分为三类,即:局部变形(小变形)、分布式变形(中等尺度变形)、整体式变形(大尺度变形)。按照实现方式将其划分为两类:机械式变形和基于智能材料结构的变形。并指出当前这个领域的所谓"智能"基本都限制在智能材料或结构、智能控制等较为单一的领域,距离理想的智能变形有很大差距。本论文的论述重点放在可变形技术所涉及的基础科学问题和关键技术。第二,从1903年人类第一架依靠柔性变形机翼实现控制的莱特兄弟的带动力飞行器起,到20世纪六七十年代以F14为代表的变后掠翼技术,至近些年来在湾流III飞机上成功实现飞行演示验证的连续变后缘弯度技术,系统地介绍了可变形飞行器的发展历程。第三,分别从可变形飞行器设计所面临的关键技术和可变形飞行器两大基础科学问题及技术瓶颈问题的角度,系统地介绍了可变形飞行器所面临的关键问题和国内外研究进展。从设计的角度看,主要问题在于:智能可变形飞行器需求分析和概念研究,智能可变形飞行器总体和分系统设计技术。从基础科学问题和瓶颈技术的角度看,主要问题在于两个方面,即:可变形飞行器气动、飞行力学和飞行控制,变形结构、驱动与变形控制。第四,针对智能可变形飞行器的内涵、可变形的技术指标、变形材料与结构以及效费分析等几个方面进行了有益的探讨。最后对智能可变形飞行器技术的未来发展进行了展望,指出智能可变形飞行器技术是螺旋式发展的,一方面需要开展广泛系统的基础理论和关键技术探索研究,从基础做起;另一方面需要从工程化的角度梳理可变形飞行器一类或几类较为明确的背景需求,以牵引该领域的有序快速发展。     

垂直起落微型飞行器的发展及关键技术

垂直起落微型飞行器是近几年新兴的飞行器,由于它的微型化、操作方便、适用范围广等优点,受到越来越多的关注。本文综述了近年来垂直起落微型飞行器的应用及某些发展成果,着重分析了发展这种飞行器所需要的关键技术及其发展途径。     

弹性飞行器飞行动力学建模研究

随着飞行器结构模态频率与刚性模态频率愈加接近,弹性效应对弹性飞行器飞行动力学特性的影响变得愈加明显,特别是操稳特性将变得更加的复杂和严峻,已经不能用“刚性飞行器”的分析方法进行研究,因此迫切需要为弹性飞行器建立能够包含多学科耦合的飞行动力学模型.本文对弹性飞行器飞行动力学建模的相关研究进行了总结与发展:首先简要阐述了建立多学科耦合弹性飞行器飞行动力学模型的必要性;然后对传统的弹性飞行器飞行动力学模型进行了研究,分析总结了这些方法的优缺点;最后在此基础上提出了一种新的体轴系(瞬态坐标系),并利用拉格朗日方程和有限元思想推导了该坐标系下的动力学模型,该模型克服了传统模型的缺点,并准确自然地耦合了结构动力学、飞行动力学、空气动力学与控制等学科,较现有的模型而言,该模型能更充分更全面的描述弹性飞行器飞行过程中流场、结构、控制和飞行力学之间的交叉耦合特性.本文的研究成果可为弹性飞行器的动态特性分析提供必要的理论基础.     

可变弯尾飞行器布局气动特性分析

本文研究了可变弯尾飞行器的气动布局设计问题，并计算分析了此类飞行器的气动特性，提出了气动设计的关键问题。可变弯尾飞行器具有结构简单、气动热环境良好、气动控制独特、机动范围可调等特点，是高超声速飞行器实现机动飞行的有效途径。弯尾部分产生的铰链力矩是此类飞行器的设计关键。通过研究分析器的质心位置、弯尾部分的尾长和弯尾角的相互关系，获得了使铰链力矩在飞行器较大配平范围内保持可接受程度的可变弯尾飞行器气动布局。     

含裂纹载人密封舱体结构在轨失效分析方法

入轨后的载人密封舱体结构存在一定程度的初始裂纹,微流星与空间碎片的撞击会使密封舱体结构产生新的裂纹损伤,密封舱体为薄壁结构,长期在轨飞行期间,在各种载荷的作用下,裂纹损伤可能导致密封舱体失效。考虑到不同的裂纹损伤来源及其转化,提出了载人密封舱体结构总体失效分析方法。首先提出了载人密封舱体结构在轨期间由裂纹损伤导致失效的两类模式及判定依据,并说明了各裂纹损伤间的转化关系;然后,说明了基于Forman模型进行舱体裂纹扩展分析的原理;最后,对某在轨飞行15年的载人密封舱结构因舱压导致的结构失效进行了分析,确定了舱体结构上的断裂失效危险部位及危险裂纹形式,并得到穿透裂纹的临界长度。     

倾转类飞行器发展历程浅析

倾转类飞行器是一种通过倾转旋翼、涵道或是机翼等来改变动力水平和垂直方向输出的独特飞行器,通过介绍各具特色的倾转类飞行器,总结了倾转类飞行器的发展历程、技术特征及优劣势,为未来在狭窄、多变的复杂战场环境下既能垂直起降又能远程高速飞行的飞行器设计提供参考。     

飞行器故障注入技术及其在非电系统中的进展

故障注入是一种基于试验的测评方法,是飞行器综合健康管理(IVHM,Integrated Vehicle Health Management)的重要组成部分,在提高飞行器的安全性方面具有重要作用。本文介绍了故障注入技术的基本原理,详细介绍了故障注入的各种实现方法在飞行器中的应用现状,重点分析了故障注入技术在飞行器结构、防热、液压、机械等非电系统中应用的关键技术以及存在的技术难点,并展望了该领域的发展。     

高超声速飞行器强度技术的现状、挑战与发展趋势

高超声速飞行器作为一种前沿科技武器装备，对国家安全和利益具有重要战略作用，目前已成为航空航天领域的研究热点，在世界范围内的竞争态势日趋激烈。先进材料与结构设计是支撑高超声速飞行器研制的基础关键技术，极端严酷服役环境下材料与结构的强度问题依然是制约该类飞行器研制的瓶颈。本文回顾了过去几十年来高超声速飞行器领域的结构强度问题和演化特点，结合当前型号发展需求与技术发展趋势，剖析了当前结构强度技术在支撑高超声速飞行器研制方面的现状与短板，探讨了未来该领域内强度问题将呈现出的新需求、新特点及新方法。总结提出了未来高超声速飞行器结构强度领域的前沿发展方向。     

用于变体飞行器的波纹板等效强度模型及其优化设计

变体飞行器的结构既需要改变气动外形，也需要传递载荷。针对一种变体翼尖的设计需要，使用能量方法，构建了等效力学模型。在实现对波纹板刚度特性等效替代的同时，获得了波纹板整体应变与结构内局部应变的转换关系，从而可以通过对波纹板局部材料进行失效判定，实现对波纹板整体失效应变的预测；经过实验验证，该等效力学模型的解析解与实验值相比平均误差在10%以内。通过对波纹板几何尺寸进行参数分析，获得了单元几何参数对波纹板失效应变和等效刚度的影响关系。最终，针对变体飞行器承载与变形的设计需要，对波纹板进行了优化设计，进一步评估了波纹板结构的强度与刚度特性，为变体翼尖的设计提供了依据。     

微型飞行器的研究进展和主要技术

微型飞行器是集航空设计、航空制造、微机械、电子、高性能数字计算机于一体的多学科交叉的综合系统。本文从微型飞行器的独特优势和发展趋势出发,论述了微型飞行器在军用和民用领域的应用前景;结合国际上目前的研究进展,阐述了微型飞行器的主要技术和研究途径。     

弹性飞行器主动控制系统的最优综合

本文研究细长体飞行器主动控制系统综合设计方法,给出常增益输出反馈律和传感器、控制面位置综合设计理论及计算过程.同时,引入飞行轨迹敏感度约束条件,以提高主动控制系统的结构稳定性及稳定裕度.