基于可变形蒙皮的柔性后缘力学分析

论文摘要

变体飞行器通过改变机翼形状来满足如高空巡航、快速攻击等不同的任务需求，在改善飞行性能和扩展飞行包线上都显示出了巨大的潜力。其中属于中等尺度变形的变弯度机翼是变体飞行器研究的重要领域。变弯度机翼的实现已由传统的活动面偏转发展到自适应蒙皮或智能蒙皮与新型变形结构的集成，使得机翼在变形过程中，机翼表面光滑连续无缝，推迟气流分离，改善机翼的气动特性。在民用领域，变弯度机翼可以在客机起降阶段增大升力，降低滑跑距离，在飞行阶段有效降低飞行阻力，减少油耗，提高经济型。变弯度机翼具有良好的发展前景和深入研究的价值。本文用数值模拟的方法对前后缘变弯度机翼进行了详细的研究。首先用数值方法模拟前后缘变弯度机翼，得到其升力、阻力、俯仰力矩等参数，并与传统偏折前后缘机翼进行对比，得出变弯度机翼的气动特性。计算结果表明：变弯度前后缘可以得到比传统前后缘更大的升力和更小的阻力。在蒙皮研究中，分析了柔性蒙皮在气动载荷作用下的静气动弹性变形。研究了柔性蒙皮的鼓包变形对翼型气动特性的影响和形状记忆聚合物材料作为蒙皮的特性。结果表明：后缘柔性蒙皮在气动载荷作用下会产生鼓包变形；鼓包变形会明显降低翼型升力系数并增大阻力系数；随着攻角增大，鼓包变形越来越小，对气动特性的影响随之减小。形状记忆聚合物材料的变刚度特性适合作为变形飞行器蒙皮，但橡胶态模量较低限制了使用飞行速度。本文设计了一种后缘变形柔性结构并研究了该变形后缘在气动载荷作用下的气动弹性变形问题。计算结果表明：在相同的驱动力下中间基板刚度越低，后缘偏转角越大，但刚度过低后缘中段在气动力作用下会产生上凸现象，破坏轨迹曲线，降低增升效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及目的
• 1.2 变体飞行器由来、概念与分类
• 1.3 变体飞行器研究进展
• 1.3.1 微小尺度变形变体飞行器研究进展
• 1.3.2 中等尺度变形变体飞行器研究进展
• 1.3.3 大尺度变形变体飞行器研究进展
• 1.4 变体飞行器蒙皮技术研究进展
• 1.4.1 橡胶类柔性蒙皮
• 1.4.2 分段硬蒙皮
• 1.4.3 波纹蒙皮
• 1.4.4 变刚度蒙皮
• 1.5 本文主要研究内容与组织结构
• 第2章 前后缘变弯度机翼气动规律研究
• 2.1 引言
• 2.2 变弯度前后缘翼型参数
• 2.3 控制方程
• 2.4 翼型数值计算方法
• 2.4.1 数值计算方法与分类
• 2.4.2 基于FV M 的流体力学方程离散方法
• 2.4.3 翼型数值模拟
• 2.5 计算结果及分析
• 2.5.1 变弯度前后缘形状
• 2.5.2 流场显示
• 2.5.3 变弯度前后缘增升机理
• 2.6 本章小结
• 第3章 柔性蒙皮的静气动弹性变形分析
• 3.1 引言
• 3.2 气动弹性变形分析方法
• 3.2.1 气动弹性问题
• 3.2.2 柔性蒙皮静气动弹性变形
• 3.2.3 气动力分析方法
• 3.2.4 结构变形分析方法
• 3.3 气动弹性变形计算结果与分析
• 3.3.1 蒙皮鼓包变形
• 3.3.2 气动弹性对柔性蒙皮变形的影响
• 3.3.3 气动弹性对翼型气动性能的影响
• 3.3.4 柔性蒙皮鼓包变形随来流速度的变化
• 3.3.5 柔性蒙皮鼓包变形随着后缘偏转角的变化
• 3.3.6 气动弹性对柔性蒙皮设计参数的影响
• 3.4 形状记忆聚合物变刚度蒙皮
• 3.5 本章小结
• 第4章 后缘柔性结构力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 一种变弯度后缘柔性结构设计
• 4.3 后缘柔性结构变形理论计算
• 4.3.1 柔性蒙皮变形计算
• 4.3.2 后缘柔性结构变形计算
• 4.4 后缘柔性结构力学分析方法
• 4.5 后缘柔性结构力学计算结果与分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢