無舵面變體翼飛行器機構(gòu)設(shè)計與氣動分析.pdf

1、隨著飛機設(shè)計技術(shù)的進步，傳統(tǒng)的飛機布局和設(shè)計方法已經(jīng)不能滿足對飛機性能多樣化的需求。于是飛機設(shè)計師們提出了變體技術(shù)，來改善飛機的飛行性能或增加飛機的飛行包線。從第二次世界大戰(zhàn)變后掠技術(shù)被提出以來，研究人員以不同的目的提出了多種多樣的變體方式，并提出多種變體機構(gòu)實現(xiàn)形式。
　　現(xiàn)在普遍使用的飛機舵面氣動效率較低，為了提高控制飛行姿態(tài)的效率對現(xiàn)有的變體飛機技術(shù)總結(jié)并提出了以變體翼技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的飛機舵面。并對這種方案的優(yōu)勢、可行性、及變

2、形機構(gòu)進行探索研究。
　　采用伯恩斯坦多項式描述翼型形狀，XFOIL軟件計算翼型的氣動特性，以遺傳算法為優(yōu)化算法，使用多學(xué)科優(yōu)化軟件Isight將以上工具集成起來，進行數(shù)據(jù)傳輸并進行優(yōu)化迭代計算。針對NACA0012翼型，在雷諾數(shù)300000，馬赫數(shù)為0.045時，以不同升力系數(shù)下阻力系數(shù)最小為目標(biāo)對翼型形狀進行優(yōu)化。獲得了一組在不同升力系數(shù)下阻力系數(shù)最小的翼型形狀。將舵面的操縱效率簡化為舵面產(chǎn)生相同的升力或側(cè)向力時產(chǎn)生的附加阻力

3、的大小，并對采用變體翼和傳統(tǒng)舵面控制飛機姿態(tài)的效率（即產(chǎn)生相同的操縱效果時所產(chǎn)生的附加阻力的大?。┻M行對比，產(chǎn)生相同的升力系數(shù)時，變體翼產(chǎn)生的附加阻力系數(shù)較傳統(tǒng)舵面小。
　　針對變體翼變形規(guī)律設(shè)計了一個采用多個位置控制器與彈性變形機構(gòu)聯(lián)合控制的變體機構(gòu)。這種變體機構(gòu)可以實現(xiàn)最優(yōu)翼型變形使飛機以最小的阻力代價控制飛行姿態(tài)，且能夠?qū)崿F(xiàn)襟翼變形改善飛機的起飛特性。用CATIA對這個機構(gòu)進行三維建模并制造了變體翼單個翼肋截面的模型，進行變

4、形試驗，證明這種變體機構(gòu)可以滿足變形要求。并采用超聲電機驅(qū)動器和彈性蒙皮機構(gòu)設(shè)計了一種只能完成變體襟翼功能的變體機構(gòu)方案，這種變體機構(gòu)驅(qū)動器少、結(jié)構(gòu)簡單、變形控制量少易于實現(xiàn)。并用CATIA對其進行三維建模。
　　設(shè)計了采用變體翼技術(shù)控制飛行姿態(tài)的微小型飛機。并分析飛機在不同的迎角、側(cè)滑角下的升阻力特性、俯仰力矩、滾轉(zhuǎn)力矩、偏航力矩等。并對不同飛行速度下飛機平飛時的狀態(tài)進行配平計算。證明了采用變體翼技術(shù)可以用于正常飛行。
　

5、　在微小型飛行器上采用傳統(tǒng)的襟翼、縫翼具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低的缺點。又由于微小型飛行器飛行速度低，尺寸小，對變體驅(qū)動器功率要求較小，變體機構(gòu)較易實現(xiàn)，因此提出在微小型飛行器上用變體翼技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的襟翼、縫翼。優(yōu)化出可以獲得較大升力的翼型形狀，并通過對變體翼和傳統(tǒng)機翼采用不同起飛方式起飛時的飛行軌跡進行對比，發(fā)現(xiàn)變體翼可以很好的改善飛機的起飛性能。
　　在對傳統(tǒng)舵面形式和變體翼的氣動特性進行對比時發(fā)現(xiàn):變體翼除了在相同升力系數(shù)下產(chǎn)生的