複合式自適應機翼蒙皮變形機理及套用基礎研究

《複合式自適應機翼蒙皮變形機理及套用基礎研究》是依託南京航空航天大學，由周麗擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複合式自適應機翼蒙皮變形機理及套用基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周麗
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

自適應機翼技術可以突破飛行狀態對最佳氣動效率的限制，是未來飛機迫切需要發展的先進技術。研究跟隨飛行狀態連續變形的蒙皮設計是自適應機翼技術的難點。本項目將研究一種薄壁單元多孔結構支撐柔性面板的新穎複合式蒙皮，以滿足不同機翼變體方案對變形和承載能力的需求。針對機翼變彎度/變平面形狀方案，採用參數化建模技術對複合式蒙皮進行拓撲最佳化，綜合結構重量、變形和承載能力，獲得最優參數組合。建立最佳化後複合式蒙皮的力學模型，採用代表體元法對蒙皮結構的變形機理進行理論和仿真分析，並對其力學性能進行實驗研究。本項目還將開展基於複合式蒙皮的自適應機翼結構設計分析，通過理論、仿真和試驗方法驗證機翼在驅動載荷和氣動載荷作用下複合式蒙皮的變形和承載能力。本項研究所要開發的複合式蒙皮具有結構重量輕、兼顧面內變形和面外承載能力、與傳統機翼結構相兼容等特點。研究成果將為自適應機翼技術在變體飛機設計中的套用提供一定的技術基礎。

結題摘要

自適應機翼可以帶來高效的氣動性能改善，是未來飛機迫切需要發展的先進技術。實現自適應機翼的關鍵技術之一為柔性蒙皮技術。本項目開展了薄壁單元多孔結構支撐柔性面板的新穎複合式蒙皮研究，採用參數化建模技術對複合式蒙皮進行拓撲最佳化，通過最佳化得到了滿足給定性能要求的蜂窩結構參數，開發了十字形蜂窩和零泊松比十字形混合可變形蜂窩，並支承彈性膠膜構成柔性蒙皮結構。還提出了基於可變形骨架和矽膠發泡的柔性蒙皮、記憶合金纖維增強的複合柔性蒙皮、金屬彈簧纖維增強的複合柔性蒙皮。這些柔性蒙皮結構均具備良好的面內變形與面外承載能力。建立了各複合式蒙皮的力學模型，採用代表體元法分析了蒙皮結構的面內變形機理以及力學性能隨單元形狀參數的變化規律，推導了主要等效模量的理論表達式，並進行了有限元仿真。對十字形蜂窩進行了實驗研究，驗證了理論方法的正確性，展示了十字形蜂窩優秀的變形效果。本項目還進行了機翼的驅動元件設計與驅動特性研究。研製了柔性伸縮充壓管驅動器、鋼索驅動系統和基於充壓式人工肌肉的柔性驅動器，對驅動能力進行了理論分析和有限元仿真。在此基礎上，將開發的新型複合式蒙皮及驅動裝置與常規機翼結構相結合，開展了基於複合式蒙皮的自適應機翼結構設計分析，提出了一種基於可變形蜂窩的柔性後緣機翼結構，通過理論、仿真和試驗方法驗證機翼在驅動載荷和氣動載荷作用下複合式蒙皮的變形和承載能力。本項目還進一步將所研究的複合式柔性蒙皮套用於自適應鼓包進氣道，進行了基於SMA纖維增強複合柔性蒙皮的自適應鼓包進氣道、基於金屬彈簧纖維增強的柔性蒙皮的自適應鼓包進氣道、基於複合柔性蒙皮的自適應鼓包進氣道和雙穩態可變形鼓包進氣道方案研究，解決了不可調鼓包進氣道的進發匹配問題。本項研究所開發的複合式蒙皮具有結構重量輕、兼顧面內變形和面外承載能力、與傳統機翼結構相兼容等特點。研究成果為自適應機翼技術在變體飛機設計中的工程套用提供了技術基礎。