异彩纷呈的复合旋翼航空器(下)──倾转机翼、X机翼机和鸭式旋翼/机翼机

今天的倾转机翼技术发展已经突破了无尾设计技术难关。波音在美国军方未来先进战术运输机计划下研制的“超蛙”将是率先采用无尾布局的倾转机翼航空器。同时，各种布局独特、新颖的复合式旋翼／机翼航空器的研制又掀起了新的高潮     

波音的“蜻蜓”鸭式旋翼/机翼方案验证机

“靖蜒”鸭式旋翼／机翼飞机是波音公司“鬼怪”工作队目前正在发展研制中的一种方案验证机。它既具有像旋翼飞机一样的垂直起降和空中悬停能力，又能像固定翼飞机一样高速巡航飞行。在这种验证机基础上能派生出能满足不同军种要求的无人或有人驾驶的鸭式旋翼／机翼机     

A适应机翼技术的分类和实现途径

自适应机翼技术研究可分为通过机翼结构较小尺度变形的流动控制设计和较大尺度改变机翼几何构型的A适应结构设计两个范畴。改变机翼构型的自适应结构义包括可变前后缘结构、扭转机翼盒段结构、可变展弦比机翼结构这三种实现方式。根据日前自适应机翼技术的研究现状，归纳出了实现机翼自适应功能的两种途径，其中，采川智能材料结构进行驱动控制的研究代表了自适应机翼技术的发展趋势，而基于传统材料结构的自适应机翼技术则在现阶段更具有工程应用价值。     

跨音速条件下非指令性横侧运动的历史回顾

文章论述了特定的军用飞机项目中跨音速条件下出现的非指令性横侧运动的研究结果。为NASA／海军／空军共同参与的急剧机翼失速项目研制计划提供了有用的定性资料和定量资料。由于在F／A-18E／F飞机计划研制过程中，其预生产型飞机在跨音速条件下出现了意外的、剧烈的机翼下倾运动，所以开展了急剧机翼失速程序的研究。这些非指令性横侧运动降低了飞机主要任务技术要求。虽然后来F／A-18E／F批生产型的上述问题得到了解决，但是，一个专门的高级考察小组强调，对上述现象还缺乏清醒的认识，并建议：“启动国家研究计划，以彻底、系统地研究机翼下倾现象。”由NASA／海军／空军广泛合作的急剧机翼失速项目的目的是提供所需要的技术要求。研究工作是对过去飞机研制计划中高亚音速和跨音速条件下出现的机翼下倾的历史回顾。需要特别留意的资料包括：出现非指令性运动和运动特性的特种飞机构型；飞机的几何特征；出现问题时的飞行状态；有关数据，包括风洞试验数据、计算数据和飞行试验数据；用于分析的品质因数；以及用于避免出现上述问题的方法。总结了过去经验教训，并提出了以后的研制计划。     

空客A340-600四发涡扇远程旅客机

由法、英、德、西班牙等国飞机制造商联合研制的A340—600是空客公司在分析世界主要航空公司90年代需求后，于1987年宣布研制德四发涡扇远程旅客机。该机可共享A330的机翼／驾驶舱／尾翼和基本相同的机身。A340—600是A340～300的衍生型。它改善了气动性能和电传操纵飞行控制系统，增加燃油容量，采用四轮中央起落架，对机翼翼弦／机身中段、翼展，水平安定面和垂直安定面作了改进，机翼前部的机身加长5．87m，机翼后部的机身加长3．20m。     

基于逆向有限元法的变形机翼鱼骨的变形重构

变形监测技术能够为自适应变形机翼的变形控制系统提供参考信息，是保证结构安全性以及优化结构的运行性能的重要手段。传统的基于光学成像的变形测量方法已经不能满足自适应智能结构的实时变形监测的要求。由于变形机翼表面受气动载荷影响，不便于直接在变形机翼蒙皮表面布置应变传感系统，目前还没有针对鱼骨结构这种真实复杂机翼结构的变形重构研究，大多针对机翼翼型的变形重构研究是将整个机翼简化成简单的翼形板、梁结构。针对上述问题，本文首次以真实复杂变形机翼主承力结构——鱼骨为研究对象，提出了一种基于逆向有限元（iFEM）算法与位移分段叠加思想结合的变形监测方法，根据Mindlin板变形理论建立四节点逆向壳单元，采用应变传感系统测得鱼骨结构表面应变分布作为算法输入，然后基于最小二乘变分方程求解结构应变场和位移场之间的传递函数，重构鱼骨结构的变形形状，为反演机翼翼型的变形形状提供方法。针对真实自适应变形机翼的主要承力构件开展了变形实验，实验结果表明，机翼鱼骨在分别偏转5°、10°、15°的情况下，逆向有限元法能准确重构鱼骨变形形状，验证了基于逆向有限元法的变形重构方法在真实自适应变形机翼结构变形重构研究中的有效性和准确性。     

一种节油的柔性变形机翼

最近美国柔性系统公司在缩比复合材料公司的"白色骑士"飞行试验台上,完成了一项"自适应柔性机翼"技术的飞行试验。这项研制工作得到了美国空军研究实验室的支持,此前已经成功地完成了风洞试验。这种采用层流翼型的自适应柔性机翼被垂直地安装在"白色骑士"飞机的挂架上,分别在8000米和13000米高度上进行了7次飞行试验,累计飞行20小时。装在飞机尾部下方的摄像机可以使机组人员检验试     

关于预测急剧机翼失速的CFD的建议

文章叙述了由NASA／Navy／Air Force共同参与的急剧机翼失速项目计算流体力学（CFD）成就，论述了计算结果，提出了用于确定未来飞机研制早期设计阶段非指令性横向运动特性的方法和建议，提出了用于预测和定量表示急速、剧烈机翼失速趋势的程序和品质因数，以及计划方案的缺陷。还包括用于确定跨音速流区域非指令性横向运动临界参数以及影响预生产型F／A-18E／F飞机有害横向运动的主要几何参数。另外，分析了F／A-18E在急剧机翼失速区域稳态CFD和平均时间精确计算法的区别，并与用来测定非稳态方法的应用与准确性的非稳态试验数据进行了比较。最后，对提出的可能作为急剧分离趋势因数的计算品质因数做了精确地评估，并提出了确定这种趋势的筛选程序。     

超声速斜机翼运输机

组合了独特的超声速、远程和长续航的能力的斜机翼飞机在 DARPA 被称为“弹簧折刀”(switchblade)项目,将于几个月内正式进入研制轨道。早期的研制斜机翼概念首先出现于1942年格鲁门公司里查德·沃格特设计的将一个可以转动的斜机翼置于机身的顶部的 P.202喷气战斗机。在以后几十年中,这种     

急剧机翼失速项目的成就

急剧机翼失速（AWS）项目解决了飞机跨音速阶段的非指令性横向运动问题，比如机翼下沉和机翼摇摆。这一项目的起源是，在19世纪90年代后期，F／A-18E预生产型飞机在机动包线的中心位置出现了机翼下沉。通过前缘襟翼运动程序的修改和在机翼折叠处增加带孔整流板，解决了F／A-18E／F飞机的问题。尽管如此，启动了AWS项目，作为对F／A-18E／F研制时技术准备不充分的亡羊补牢之举。AWS项目的目的是，找出F／A-18E／F飞机存在问题的根源、获得对引起机翼下沉的气流机理的深刻认识、找到相应的方法和分析工具，使得将来的项目在试飞之前就可以发现此类问题。文章回顾了AWS项目的目标、技术水平现状、获得的成就以及研究结果的影响等。总结了经验和教训，以利于以后的项目，在试飞之前就可以预测到飞机的横向运动。     

下一代客机用自适应机翼

自适应机翼是戴姆勒·奔驰宇航公司和德国宇航研究院正在进行的一个重要研究项目,旨在提高客机的性能和节省燃油。飞机上即使小的表面不规则也会引起气流扰动,增加阻力和燃油消耗,机翼中的小孔可消除气流的扰动。在飞行中,自适应机翼可通过改变弯度改变它们的形状,这种适应性可使飞机的性能与不同的飞行条件相匹配。采用自适应机翼技术以后,只需要设计一对机翼就可用于一个飞机系列内不同尺寸的飞机,从而降低了制造费用。     

自适应机翼技术的分类和实现途径

自适应机翼技术研究可分为通过机翼结构较小尺度变形的流动控制设计和较大尺度改变机翼几何构型的自适应结构设计两个范畴。改变机翼构型的自适应结构又包括可变前后缘结构、扭转机翼盒段结构、可变展弦比机翼结构这三种实现方式。根据目前自适应机翼技术的研究现状,归纳出了实现机翼自适应功能的两种途径,其中,采用智能材料结构进行驱动控制的研究代表了自适应机翼技术的发展趋势,而基于传统材料结构的自适应机翼技术则在现阶段更具有工程应用价值。     

大型飞机高速气动力关键问题解决的技术手段及途径

大型飞机采用超临界机翼，并具有尺度大、飞行雷诺数高等特点，其研制中必须解决好高升阻比机翼、翼身组合体设计，推进系统／机体一体化设计，抖振特性、静气动弹性特性预测及超临界机翼流动控制等高速气动力问题。要解决这些关键气动力问题，必须进行一系列相关的大型高速风洞试验，以及解决相应的试验技术问题。     

F／A-18E和F-16C急剧机翼失速特性的计算研究

运用静态计算流体力学（CFD）模拟，了解急剧机翼失速（AWS）现象的物理过程，确定静态品质因数（figures of merit），利用NASA兰利研究中心研制的TetrUSS模拟装置得到的纳维-斯托克斯算法是以四面非结构网格为基础的。通过在两种飞机上比较CFD模拟结果了解急剧机翼失速现象的物理过程。预生产型F／A-18E飞机构型在某些几何形状和气流状态下会出现急剧机翼失速，而F-16C飞机构型不存在这种现象。通过比较不同气流状态下两种飞机构型之间的详细流场，运用计算结果认识引起急剧机翼失速的原因。以这些方法为基础，开发了许多用来预测急剧机翼失速的静态品质因数。潜在品质因数包括升力的突然下降、翼根弯矩对迎角α的变化以及翼型升力随α的变化率。     

记忆合金──灵敏机翼的关键

为改进飞机翼型结构,满足特殊飞行条件下的需要,美国诺斯洛普·格鲁曼公司的一个研究小组正在进行装有形状记忆合金及先进的传感器等"灵敏"材料的的自适应机翼模型的概念研究．形状记忆合金（SMA）是具有变形能力并能"记忆"变形方向和程度的材料．研究所用的机翼模型是比例为16％的F／A-18飞机机翼模型．模型机翼的前缘和后线被设计成能随作用于嵌入在机翼上、下表面中的SMA线束上的电子输入信号而向上或向下弯曲．中央处理器将预先设计好大小的电流作用于镍钛合金线束,使之变形,从而改变机翼前缘或后缘的形状。机翼中的传感器最终…     

飞机研制中的机翼重量问题

机翼重量在飞机结构重量中所占的比例较大，而且其重量分布对载荷、气弹、强度等有较大影响，机翼重量的确定在飞机研制中有着重要的地位，本文介绍了在飞机研制的各个阶段机翼重量的确定方法，着重论述了在飞机总体方案论证过程中机翼重量的估算方法。     

旋转机翼无人机纵向自适应滑模控制研究

针对旋转机翼无人机过渡前飞过程中,旋翼的下洗流对平尾干扰非常强的问题,提出了一种自适应滑模控制方法。首先,建立了旋转机翼无人机的纵向线性飞行动力学模型,并考虑了多输入的控制分配与俯仰干扰力矩;然后,构造了旋转机翼无人机的期望滑动面,将自适应控制与滑模控制相结合,设计了旋转机翼飞行器过渡前飞段的自适应滑模控制器;最后,进行了仿真验证。仿真结果表明,设计的控制器能较好地抑制非线性气动干扰对无人机的影响。所得结果对旋转机翼飞行器的工程发展具备一定的参考价值。     

翼下外挂物对机翼振动及颤振特性的影响研究

应用MSC／NASTRAN软件计算分析了某型飞机翼下不同位置挂装外挂物后，对机翼振动特性和机翼／外挂物系统颤振特性的影响，计算结果表明：翼下外挂物对机翼二弯和机翼一扭模态的影响较大。     

机翼／外挂的次谐颤振响应

对机翼／外挂次谐颤振响应作近似分析。从机翼分离出的外挂被视为简谐激振力作用下的带间隙分段线性振子,研究这种振子的对称周期响应及其分叉。采用Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射方法得出分叉条件,再用当量线化法导出分叉条件近似式,并用它来预示机翼／外挂颤振系统的次谐响应。算例表明这种近似分析是可行的。     

简化自适应机翼的气动外形优化设计

自适应机翼技术的研究对于超声速飞机设计具有重要意义。本文在二维翼型自适应的研究基础上,用Powell法优化计算了对前缘后掠角为35°,展弦比λ=3.9,梢根比η=0.17,机翼剖面为NACA65006翼型的梯形翼的前后缘舵面偏转角,从而获得了在亚跨声速时升阻比大而在超声速时阻力系数小的简化自适应机翼的最优气动外形。本文采用了并行遗传算法,计算了要求亚跨声速升阻比大同时超声速阻力小的气动双目标优化机翼的外形。讨论了优化机翼相对于原始机翼的气动增益。与二维一样,三维数值算例也证明了自适应机翼可获得明显的气动增益。