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。     

飞行器智能结构系统研究进展与关键问题

 飞行器智能结构是由传感器、驱动器、控制元件和基体结构组成的集成系统,它具有承载、检测、判断与动作等功能,可显著提升飞行器的性能。根据国内外飞行器智能结构系统研究的最新进展,论述了飞行器结构动力响应主动控制、智能机翼、旋翼以及飞行载荷谱监测与结构损伤诊断等的基本原理与技术问题;指出了飞行器智能结构系统研究在埋入式功能元件、复杂非线性多场耦合系统的动力学建模与控制以及智能结构系统中的损伤和失效问题等方面所面临的关键技术问题和挑战。     

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。     

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。     

俄罗斯直升机飞行试验研究的回顾

旋翼气动力学的发展和旋翼机试验结构研制实际经验的积累使得人们可以在40年代末期着手制造新型飞机-直升机。1946年飞行研究院直升机部在缴获的Fletner公司的直升机上进行了首次飞行研究。航空发展的经验表明，为了解决摆在飞行器设计者面前的诸多复杂的科技问题，最有效的途径就是在已应用的飞行器上、原型样机上和飞行试验室进行飞行研究。为了建立直升机飞行试验的方法论科学基础和进行飞行中的课题研究，1949年直升机部建立了直升机试验室。试验室内承担直升机飞行试验方法论现实方向的科学飞行研究工作及气动特性、飞行特性、结构载荷、自动控制、适航条例、取证等一系列问题的科学飞行研究工作。     

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。     

微型涡流发生器在飞机增升装置中的应用

开启21世纪 空气动力之窗 随着对21世纪的飞行器提出的一系列新的要求,对21世纪的空气动力学也提出了新的挑战。 未来的军用飞机将更突出低可探测性、高机动性、超声速巡航和短距起降等要求,对民用飞机则突出经济性更好、乘坐更舒适、环保性更突出等要求,而传统的飞行器外形很难满足新的要求,必须开拓全新的气动外形和飞行方式,建立新的气动数据库。 在开拓新飞行器外形和飞行方式的同时,还必将发展出许多新颖的空气动力技术。例如通过主动流动控制技术,包括吸气、吹气、微振动、微涡流发生器、特定的表面粗糙度分布等,改善飞机的升阻特性和操稳特性,用智能材料和智能结构,让飞行器的主要气动面按飞行状态自适应地改变外形,使飞行器在不同的飞行状态都处于最佳外形,从而产生最佳的气动性能等。 本刊从这期起开启"空气动力之窗"栏目,将陆续刊登围绕21世纪空气动力学新概念和新技术的系列文章,欢迎大家投稿。     

仿鸟型扑翼飞行器气动/结构/飞行力学耦合研究进展

仿鸟型扑翼飞行器在飞行机动性和飞行效率上有巨大发展潜力,是一种具有较高研究价值和应用前景的微型飞行器。由于仿鸟型扑翼飞行器的柔性扑动翼在扑动过程中会产生较大结构变形,同时扑动翼的扑动运动与机体的刚体运动会产生高度耦合,因此需要从气动、结构与飞行力学多学科耦合的角度对该类飞行器的气动特性和飞行稳定性进行分析。针对该类飞行器的气动机理、气动/结构耦合研究、飞行稳定性分析方法以及扑动翼的柔性对飞行稳定性的影响等方面进行了国内外现状的分析和总结。目前仿鸟型扑翼飞行器的发展还面临着诸多难题,尤其在非定常气动机理、气动/结构耦合的尺度律以及气动/结构/飞行力学的耦合方法等方面亟需进一步的突破和发展。     

基于深度强化学习的空战机动决策试验

空战智能决策将极大改变未来战争的形态与模式。深度强化学习决策机可以挖掘飞行器潜力，是实现空战智能决策的重要技术范式，但其工程实现鲜有报道。针对基于深度强化学习的双机近距空战机动智能决策的工程实现问题，开发了适于应用的深度神经网络在线机动决策模型，发展了通过飞行控制律跟踪航迹导引决策指令的机动控制方案，并进一步开展了软硬件实现工作与人机对抗飞行试验，实现了智能空战从虚拟仿真到真实飞行的迁移。研究结果表明基于本文发展的近距空战机动决策及控制方法，智能无人机在与人类“飞行员”的对抗中能够迅速做出有利于己方的动作决策，通过机动快速占据态势优势。研究结果显示了深度神经网络智能决策技术在空战决策中的潜在应用价值。     

智能蒙皮／结构技术进展

智能蒙皮／结构技术是未来提高飞行器性能的重要技术之一。它可为先进军用飞行器高机动、高速飞行、高效控制,以及先进飞行器结构综合性能优化设计开辟一条新途径。