面向飞行器结构健康监测智能蒙皮的柔性传感器网络综述

飞行器智能蒙皮技术是一项改变未来先进飞行器设计的革命性新技术,结构健康监测是其功能的重要体现之一。为了实现飞行器结构健康监测智能蒙皮,需要在飞行器结构中一体化集成大规模的柔性传感器网络,针对飞行器智能蒙皮应用的实际需求和限制,结合不同的结构健康监测方法,综述了相应的柔性传感器网络的设计、制造工艺和功能实现。最后总结和展望未来飞行器智能蒙皮技术发展面临的关键挑战。     

零泊松比十字形混合蜂窝设计分析及其在柔性蒙皮中的应用

柔性机翼变弯度/展/弦长方案需要蒙皮在面内具有一维大变形能力,并且在垂直平面方向能够提供足够的抗压和抗弯刚度。设计了一种零泊松比十字形混合蜂窝,支撑弹性胶膜构成柔性蒙皮结构。研究了十字形混合蜂窝的面内变形机理、蜂窝力学特性与单元形状参数的关系,针对蜂窝的面内单向变形能力进行了参数优化;将蜂窝结构等效为正交各向异性材料,研究了十字形混合蜂窝的面外抗弯能力及其影响因素;根据后缘变弯度机翼柔性蒙皮设计要求,研究了十字形混合蜂窝结构参数的适用性。结果表明这种蜂窝能够满足柔性蒙皮的使用要求,且质量轻、易驱动。     

变体飞行器智能材料驱动器和柔性蒙皮研究进展

变体飞行器需要改变气动外形以在不同的工况下获得最佳的气动性能,智能材料驱动器和柔性蒙皮是变体飞行器的关键技术。智能材料具有质量轻、结构简单、驱动力大等优点,柔性蒙皮可满足大变形、承受局部气动载荷的要求,二者均具有非常好的应用前景。本文阐述了形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料驱动器的研究进展,分析了基于材料弹性和基于结构的柔性蒙皮发展现状。对智能材料驱动器和柔性蒙皮研究存在的问题和发展方向进行了总结和展望。     

基于累积线性法的一种柔性蒙皮设计

变体飞机的机翼需要能够光滑连续变形的柔性蒙皮,借鉴自然界蜜蜂筑巢的蜂窝,针对柔性蜂窝力学特性,采用CAD与CAE相结合的策略,以累积线性法为建模与计算手段,开展柔性结构几何大变形的非线性分析。对凯夫拉29、凯夫拉49两种柔性蜂窝和硅橡胶在不同组合的柔性蒙皮以及在不同蜂窝厚度的情况下,分别进行了数值计算对比工作。结果表明:单纯的硅橡胶,以及单纯的蜂窝式结构都不能满足变体飞机中柔性蒙皮的高承载、大变形和轻重量的需求;分别采用凯夫拉29和凯夫拉49与硅橡胶结合时,凯夫拉49材料的柔性蜂窝结构的法向承载能力要高于凯夫拉29蜂窝;另外,柔性蜂窝高度5 mm和壁厚1 mm时,法向承载能力很弱,增加高度的柔性蜂窝法向刚度有所改善。可以推知,在变体飞机特殊部位,用柔性蜂窝蒙皮代替传统硬蒙皮具有一定的可行性。     

美空军莱特试验室结构部智能结构的发展研究

智能结构技术把致动、传感及承载能力结合起来，以获得一个集成、有效的结构系统。本文论述了美国空军莱特试验室结构部在智能结构技术方面现在、过去及将来所进行的研究工作。介绍了３个子系统：结构健康监控系统、自适应柔性结构及承勒智能蒙皮结构。     

一种全柔性气泡致动器及其制作工艺

气泡致动器的弹性薄膜厚度不均、高压气体泄露、刚性基底以及缺乏控制依据是制约其实际应用的关键问题。为了解决上述问题,采取了如下措施：对现有成膜工艺进行了改进,提高了弹性薄膜厚度的一致性;开发了一种新的气泡致动器的制作工艺,避免了原制作工艺中的粘接环节,保证了气泡致动器的气密性;使用柔性材料作为基底,器件可弯曲变形,便于安装在翼型表面;采用Mooney-Rivlin超弹性材料模型对气泡致动器弹性薄膜的变形进行分析,确定了不同厚度的薄膜变形高度与压力的理论关系,同时指出,在相同条件下宽度是影响气泡薄膜变形的主要因素,为气泡致动器的控制提供了参考。实验证明：所开发的气泡致动器可以有效地进行延迟分离,降低压差阻力,实现了主动流动控制。     

可连续光滑偏转后缘的变弯度翼型气动特性分析

以变弯度翼型为研究对象,计算了其六种外形的绕流流场,分析了不同的连续光滑变形翼型与传统偏转翼型的气动特性,讨论了变形参数对气动特性的影响,研究了气动特性的产生机理;与此同时,以形状记忆聚合物柔性蒙皮和机械结构实现了可连续光滑偏转后缘的变弯度翼型,并在风洞实验中测试了其气动特性。计算和实验结果表明:可连续光滑偏转后缘的变弯度翼型能改进传统主翼-简单襟翼翼型的气动特性和流场分离特性;可变形段范围、转轴位置、后缘偏转角度、后缘高度等变形参数对气动特性具有显著影响。     

变体飞行器蒙皮材料与结构研究综述

变体飞行器最为重要的技术特征就是结构在变形过程中翼面保持光滑、连续和无缝,而变形蒙皮技术是保证该技术特征的关键。以变形方式和年代为主线详细地总结了变形蒙皮材料与结构的发展现状和未来趋势。从早期的"鱼鳞叠片"式传统滑动变形蒙皮到现在的复合式柔性变形蒙皮,可以看出复合化是变形蒙皮未来发展的必然趋势。     

介电弹性薄膜翼型的增升效应机理

蝙蝠在低雷诺数飞行状态能够通过膜翼的主动变形使其获得高机动性和飞行效率。这种翼型主动变形的仿生特性为智能飞行器气动与控制设计提供了新的思路。本文将介电弹性高聚合物材料直接应用到了翼型的设计中,利用介电弹性体电致变形的特点提出了具有主动控制功能的介电弹性薄膜翼型。针对电活性材料结构的力学特性,引入热力学理论框架,描述力-电耦合效应。采用CFD/CSD耦合技术建立基于介电弹性聚合物材料的气动-结构-电磁耦合动力学模型,并对所提方法进行验证。研究结果表明,介电弹性薄膜翼型在攻角为14°时相对刚性翼型增升12.33%,且翼型弯度变形与振动效应对增升的贡献比为3∶2;当外加电压使得流场频率与振动频率在前两阶频率相同,且二阶主频率不小于刚性翼型流场二阶主频时,介电弹性薄膜翼型的增升效应高于10%。所提方法与研究结论为研发智能飞行器的气动分析与控制设计提供了重要的技术支撑。     

零泊松比蜂窝面内拉伸力学响应的有限元模拟

自适应飞行器因其对于不同飞行阶段的空气动力学适应性，逐渐成为航空航天研究的重点领域。可变形蒙皮不仅需要具有良好的面内拉伸变形性能，同时材料结构也需要具有一定的刚度来应对飞行过程中的载荷。本文提出以由高性能工程塑料聚醚醚酮（PEEK）材料制备的折线形蜂窝和U形蜂窝材料作为蒙皮结构，通过数值模拟计算确定柔性蒙皮的面内拉伸变形模式及两种蜂窝材料的形状尺寸参数对其面内拉伸变形力学响应的影响。结果表明，折线形蜂窝和U形蜂窝材料的面内变形模式呈现高度一致性，同时，两者的面内拉伸变形性能与蜂窝胞元长度和高度成正比，而与蜂窝厚度成反比。本文研究结果可为变体结构的设计与制备提供理论支持。     

智能蒙皮飞行器的飞行控制研究

将嵌入大量微致动器元件的智能蒙皮应用于飞行器,以增强或替代传统的控制面来产生控制力矩,使飞行器稳定并能进行机动飞行。以无尾飞行器为例,推导了其动力学模型,并设计了状态反馈控制器。仿真结果表明,所讨论的智能蒙皮对机动要求不大的无尾飞行器具有足够的控制能力。     

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。     

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。     

电流变柔性微致动器致动过程研究

利用电流变液体阻尼阀效应设计了原型电流变柔性微致动器,建立了相应的力学模型,进行了柔性微致动器致动过程实验研究和三维致动过程的计算机图形仿真,并对电流变柔性微致动过程的位移、速度和加速度等运动学和动力学特征进行了分析研究。     

磁致伸缩材料作动器用于主动振动控制的实验研究

对采用磁致伸缩材料作动器进行主动振动控制的问题进行了实时实验研究。首先简介了磁致伸缩材料作动器的设计和特性分析及自适应滤波算法(LMS)的基本原理;然后论述了采用磁致伸缩材料作动器的单自由度主动振动控制实验的系统,从不同的控制物理量、不同算法、偏置磁场和系统噪声等方面分析了影响控制效果的因素,实验获得了30dB的减振效果。      

微动工作台的研制及特性研究

介绍了一种根据仿生学原理设计而成的由电致伸缩微位移器为驱动元件的大范围高精度的微动工作台,该工作台采用电致伸缩微位移器直接驱动的柔性铰链机构,使其既可以在小范围内实现高精度的微动,又可以实现大范围的宏动。同时还对工作台的特性进行了测试实验和分析。     

柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合静、动态特性

高空长航时(HALE)飞机结构细长、具有柔性,在常规飞行条件下可发生结构大变形、气动失速以及结构低频振动与刚体运动耦合,这些现象显著影响其静、动态特性.基于几何精确完全本征运动梁模型、ONERA动失速气动力模型和六自由度刚体运动模型,建立了考虑几何非线性、动失速和材料各向异性等因素的大展弦比柔性飞机非线性气动弹性与飞行...     

一种新的柔性蜂窝结构及其在变体飞机中的应用

变体色机要求机翼结构可以光滑连续地变形.机翼的蒙皮要有足够大的面内伸缩变形能力,同时还要有足够的面外承载能力.本文针对后缘变弯度机翼,设计出一种新的柔性蜂窝结构.研究了该柔性蜂窝的面内变形能力和形状参数的关系.仿真分析和试验验证表明,该柔性蜂窝结构具有足够的面内变形能力,变形后仍保持良好的面外承载能力,满足后缘变弯度机...     

混合缩比连续翼型设计方法

对于飞机的结冰风洞试验,采用多控制点的遗传优化算法进行混合缩比翼型设计.以混合翼型与全尺寸机翼在前缘范围的压力系数相同为目标,通过数值计算分析翼型气动特性,并对比多种优化策略,改进优化算法,生成不同迎角下的混合翼型.以铝合金为材料考察了混合翼型蒙皮变形能力,计算得到蒙皮最大应力为500MPa,超过其抗拉强度.最终采用分...