变体飞机典型形式的历史发展及其应用机型浅析

绝大多数变体飞机形式都不是"突然出现"的全新概念,而是来源于相关技术在过去近百年里的长期积累。因此,特定变体飞机形式及其技术既可广泛用于与其历史发展密切相关的有人驾驶飞机,也可用于总体特性类似的无人驾驶飞机。本文剖析了部分变体飞机形式的技术发展渊源,分析了变体飞机发展和无人机的关系,并指出了多种变体飞机在具体机型上的应用前景。     

变体飞机智能结构技术进展

具有可变外形特征的变体飞机能始终保持最佳飞行状态,满足多种任务需求,是未来飞行器的重大技术方向。本文从变体飞机的背景出发,论述了变体飞机的结构组成和能力需求,阐述了变体飞机结构的关键技术（如柔性结构技术、驱动/控制技术和状态感知技术)的研究现状与发展方向,提出智能材料柔性结构、分布式驱动/控制系统与微小传感器一体化是未来变体结构的主方向。同时指出,4D打印技术在设计和制造智能材料柔性结构方面具有很大的应用潜力。本文的研究为变体飞机智能结构设计和关键技术研究提供了参考,对于未来变体飞机的发展具有指导意义。     

Review on Key Technologies Progress of the Morphing Aireraft

阐述了变体飞机发展动机、发展过程及最新研究现状,主要介绍了国外主要变体飞机方案的变体模式研究进展和应用情况。在此基础上重点介绍了可变前/后掠翼,可变弦长机翼,、可变展长机翼,可变弧度机翼等方案的实现原理、研究情况,研究难点和应用情况。围绕变体飞机涉及的总体综合设计,气动布局仿真与试验智能结构与材料、传感器与驱动器、自适应变循环推进系统、飞行控制和变体可靠性监测等核心关键技术进行了重点分析,并对研究难点和研究进展进行了阐述。     

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。     

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。     

伸缩机翼变形技术研究

变体飞机可以根据需要改变气动外形,以便在不同的飞行状态都能获得最佳的气动性能,提高飞机的任务适应能力。伸缩机翼变形技术在国外已经过几十年的研究和探索,是变体飞机技术的主要发展方向之一。本文综述了伸缩机翼技术的发展历史及国内外研究情况,阐述了伸缩机翼变形原理及其优缺点,提炼了设计伸缩机翼所涉及的关键技术,展望了伸缩机翼技术在飞机、导弹、地效翼飞行器以及飞行汽车等方面的应用前景。     

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。     

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。     

变体飞机结构领域研究进展

变体飞机是未来的发展趋势,围绕变体飞机结构领域国内外有关学者关注的一些热点专题,开展了相关的综述;同时,针对柔性结构驱动形式,重点强调了近2年公开发表的柔性扭转驱动结构的方案与原理,并认为是变体结构应该关注和重视的一个分支;最后,对变体结构未来工作需要开展的研究进行了初步预测。     

超声电机在变体飞行器创新效应器中的应用

从变体飞行器驱动的关键技术入手,对基于超声电机的变体飞机创新效应器进行了研究,包括基于超声电机的创新效应器的组成、工作原理及优点,为用于变体飞行器的创新效应器工程化研究奠定了基础。     

变体飞行器发展现状与应用前景

变体飞行器具有良好的气动特性和经济性。变体飞行器可按照变形尺度分为大、中、小3种类型。文中分析了仿生型变体飞行器、变后掠翼飞行器、机翼前缘变弯度飞行器、机翼变后缘飞行器、折叠机翼飞行器和柔性机翼飞行器等各种变体飞行器的特点和国内外研究现状。从结构材料、变体机构、气动和变形控制4个方面对变体飞行器的关键技术进行总结,对未来变体飞行器的应用方式和发展方向进行了展望。     

Design,modeling, and control of morphing aircraft:A review

A morphing aircraft can adapt its configuration to suit different types of tasks, which is also an important requirement of Unmanned Aerial Vehicles(UAV). The successful development of an unmanned morphing aircraft involves three steps that determine its ability and intelligent: configuration design, dynamic modeling and flight control. This study conducts a comprehensive survey of morphing aircraft. First, the methods to design the configuration of a morphing aircraft are presented and analyzed...     

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。     

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。     

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。     

变体飞行器控制系统综述

介绍了变体飞行器控制系统和涉及的控制理论问题。分析了变体飞行器的控制系统,指出变体飞行器的控制系统由变形控制层和飞行控制层组成。对变体飞行器的硬件结构和变体飞行器控制方法的研究现状进行了阐述。分析了集中式和分布式两种变形机械结构以及控制系统体系结构,提出采用总线网络连接变形结构的分布式元件。总结了变体飞行器需深入研究的变形控制和飞行控制问题,包括大尺度变体飞行器的飞行控制问题,通信受约束的大数目的驱动器的协调控制问题。