变形翼舵技术在导弹领域的应用需求及技术发展路线

采用变形翼舵技术可解决导弹对发射平台尺寸强约束问题,改善导弹升阻比及弹道末段机动性能,实现飞行全程气动外形最优,适应多任务作战需求。对国内外变形翼舵技术发展进行了概述,介绍了变形翼舵方案组成,分析了导弹对变形翼舵技术的需求,提出了单次阶跃变形、往复伸缩变形、柔性连续变形三阶段技术发展路线以及各阶段的关键技术,为变形翼舵技术在导弹武器领域的深入研究及应用提供了参考。

深海载人平台舵翼结构疲劳可靠性分析

对深海载人平台舵翼结构疲劳可靠性问题进行了研究,分析了舵翼结构的主要疲劳载荷和结构热点,提出了舵翼结构疲劳可靠性定量指标。以升降舵结构为例,建立了舵结构疲劳可靠性分析模型,给出模型中各参数的建议取值,并进行疲劳可靠性系数与疲劳寿命计算,计算表明:深海载人平台升降舵结构疲劳破坏几乎全部由水面砰击载荷导致,且采用1.5倍强度安全系数进行设计不能满足长期服役的疲劳可靠性要求。最后,研究给出满足疲劳可靠性要求的安全系数与寿命的关系曲线,可供设计人员参考。

开裂式方向舵对某无尾飞翼布局飞机气动特性影响的实验研究

开裂式方向舵是无尾飞翼布局飞机一种重要的阻力式偏航装置。本文在不同马赫数和舵偏下,通过风洞实验,深入研究了开裂式方向舵的作动对某无尾飞翼布局飞机气动特性的影响。研究结果表明开裂式方向舵是一种合理的偏航式操纵装置,能够在升力、侧力和俯仰力矩变化较小的条件下提供较大的偏航力矩,但也与滚转力矩存在一定程度的耦合。本文的研究为开裂式方向舵的工程化应用提供了一定的基础。

带翼水下机器人运动控制的动力学建模

根据水下机器人运动的一般方程,分析了其所受线性和非线性水动力的影响,进而推导出水下机器人控制系统的运动方程.讨论了螺旋桨和舵、翼的推力解算方法和整个系统的动力学响应过程.为分析控制系统的物理学特性提供了理论依据.

共翼型舵水动力特性的模型试验与数值模拟

国际上新型潜艇的尾操纵面设计,采用了将前部稳定翼和后部转动舵组合成完整翼型剖面的共翼型布局方式。为了研究这种共翼型舵与常规舵在水动力性能上的差异,运用模型试验和数值计算模拟方法,对共翼型舵和常规非共翼型舵的水动力和流场进行了对比研究与分析。结果表明:共翼型舵在小舵角工况时能够保持舵翼结合部流线的光顺,舵角5°时共翼型舵总升力比非共翼型舵总升力增加了65.3%;但在大舵角工况,共翼型舵叶背容易发生流动分离形成分离涡,导致升力性能变差,舵角25°时共翼型舵总升力比非共翼型舵总升力减小了9.2%。在小舵角时,共翼型舵尾流区的流场湍动能较低,流动稳定性更好。

一种临近空间高超声速飞行器翼舵干扰研究

在临近空间区域内飞行的高超声速飞行器对舵面操纵特性提出了严苛的要求,在高空高速条件下主翼对舵效有严重影响。通过风洞试验对带全动舵升力体的高超声速升阻特性进行了研究,发现由于主翼的遮挡效应,负舵偏比同舵偏值的正舵偏对升力体升阻特性影响更明显。数值模拟结果显示在舵偏角从-20°～20°变化过程中,由于主翼与舵面之间气流干扰造成舵面上下压差变化复杂,-12°～2°舵偏产生抬头铰链力矩,其余正负舵偏均产生低头铰链力矩,主翼后缘上表面的分离线随攻角增加逐渐前移,迎风面高压气流通过翼舵之间缝隙向上发展,使得舵上表面再附线后移,翼舵之间均有明显的横向流动。

水下机器人舵翼的水动力仿真

为了提高采用单螺旋桨推进器配合单方向舵和双水平翼控制航向与平衡的具有封闭式流线型外形水下机器人的可操作性并减小其航行阻力,设计了水下机器人舵翼结构,并运用数值模拟方法对翼型绕流问题进行研究.应用流体力学计算软件FLUENT,以有限体积法和RNGk-ε湍流模型直接求解RANS方程,对三维翼型在不同攻角、不同雷诺数下的流场进行数值模拟,并计算其水动力性能,得到不同攻角时舵翼叶面和叶背表面的压力分布图.分析了不同雷诺数、不同攻角下舵翼的流场压力系数、速度矢量分布图和升阻力,并讨论了扭矩系数随攻角变化的规律.研究结果对于水下机器人舵翼水动力性能研究和强度设计具有一定参考价值.

阻力方向舵在飞翼式高空长航时无人机中的应用

根据飞翼式高空长航时无人机的风洞实验结果,分析了全机尤其是阻力方向舵的气动和操稳特性,据此采用经典方法设计了阻力方向舵的控制律,提出用阻力方向舵进行航向控制和速度控制的方案,并指出由于存在操纵耦合,有必要进行阻力方向舵和升降舵交联控制。非线性飞行仿真结果表明,阻力方向舵具有满意的航向和速度操纵能力,采用交联控制后速度响应更平稳,并可减小33的高度偏差和56的俯仰角偏差。

飞翼飞机开裂式阻力方向舵铰链力矩的预测

飞翼布局无人机开裂式阻力方向舵是一新型操纵面。文中对开裂式阻力方向舵对飞翼的航向操纵特性进行了分析,建立了舵面受力模型和全面的航向舵容量计算公式。通过全机风洞测力试验数据分析证实该模型合理、正确。依据该受力模型将舵面铰链力矩和全机受力联系起来,建立了一种新的通过全机测力试验数据预测开裂式阻力方向舵铰链力矩的实用方法。最后通过风洞测压试验结果得到阻力舵铰链力矩,并与预测结果进行了比较。两者最大相对误差为15%,且舵偏角越大,误差越小。40°舵偏时误差仅为2.5%。

轻质复合材料舵翼面的材料设计

与传统金属舵翼面相比，采用轻质先进树脂基复合材料（PMC），可显著降低超音速空空导弹舵翼面的重量（30％-60％）、增加射程、载荷和机动性能。针对PMC舵翼面研制过程中遇到的材料体系选取、铺层设计、成型工艺，以及与制件质量有关的外观、尺寸、重量与质心、强度与刚度、无损检测、环境适应性等材料设计问题进行了讨论。

小展弦比舵翼三维绕流场的数值模拟计算

采用ＲＡＮＳ方程为基本方程，应用二层ｋ－ε湍流模型封闭ＲＡＮＳ方程，采用有限体积法离散方程，对小展弦比舵翼的三维绕流场进行了数值模拟计算．不同于通常的网格划分，采用了贴体坐标与空度法相结合的方法对舵翼的几何形状及其对流场的影响进行描述．计算结果与实验结果进行了比较，结果表明，本文所采用的方法，可以对小展弦比舵翼三维流动的流体动力性能进行正确地预报，对其绕流场亦能给出合理的描述．

飞翼布局飞行器舵面缝隙对操纵效率的影响

采用数值模拟方法分析了飞翼布局飞行器舵面缝隙对各舵面操纵效率的影响。结果表明:舵面缝隙使得内侧、外侧升降副翼的操纵效率均有所降低,且舵面缝隙越大,操纵效率的降低量越多;有缝隙存在时开裂式方向舵的操纵效率比无缝隙高。内、外侧升降副翼操纵效率降低的原因是下表面气流通过舵面缝隙流至上表面从而降低了上下表面压力差和阻滞了主流;开裂式方向舵大舵偏时操纵效率增加的机理在于有缝隙时下翼面高压气流通过缝隙注入上翼面回流区从而降低回流范围。

大展弦比飞翼构型的横航向操纵特性

大展弦比飞翼构型取消了垂尾和方向舵,通常采用开裂式方向舵和多组升降副翼组合来实现滚转和偏航操纵.通过与常规的侧力类方向舵对比,揭示了阻力类开裂式方向舵的操纵机理,包括偏航和滚转力矩产生原理以及操纵效能等.对大展弦比飞翼构型的横航向配平能力和协调机动能力进行了分析,并与常规飞机进行了对比,研究结果表明单发失效对偏航操纵效能要求最高,需要适当地增加开裂式方向舵的舵容量或对现有布局进行改进设计.

飞翼布局阻力类偏航操纵装置操纵特性分析

飞翼布局取消了常规的垂尾和方向舵,存在较严重的航向操纵与控制问题,需要重点掌握偏航操纵舵面的配置特点与操纵特性.针对飞翼布局最常采用的两种阻力类偏航操纵装置:开裂式方向舵和嵌入面,介绍了研究现状、受力特点,利用数值仿真方法,详细分析了偏航操纵特性、三轴操纵耦合特性以及对气动特性和稳定特性的影响规律,对比了这两种舵面在操纵特性方面的共同点和差异性,并揭示了内在的影响机理.可为解决飞翼布局偏航操纵问题以及阻力类偏航操纵装置的工程化应用提供基础.

一种考虑交叉耦合效应的飞翼布局飞机控制分配方法

大展弦比飞翼布局飞机采用开裂式方向舵进行航向与阻力控制,开裂式方向舵大张角情况下与临近舵面间存在舵效的交叉耦合。交叉耦合力矩非线性特性突出,采用基于线性模型的控制分配方法会产生一定的分配误差。序列线性规划法可以解决考虑交叉耦合效应的分配问题,但对耦合力矩数学形式要求严格且求解需进行多次线性规划,实时性较差。给出了一种基于补偿的线性规划法,该方法的用舵量要大于序列线性规划法,但实时性要明显好于序列线性规划法且对交叉耦合力矩的数学形式没有固定要求。

大后掠飞翼布局无人机操纵面特性及控制研究

飞翼布局飞机由于取消了常规安定面,导致其稳定特性发生了很大的改变。针对所建立的大后掠飞翼模型,给出了一套典型的操纵面布置方案,通过CFD计算后,对各舵面气动特性进行了分析,在升降舵、副翼和阻力方向舵偏转过程中对各气动参数的影响进行了研究,给控制系统的设计提供了依据。同时,研究了开裂式阻力舵开裂后引起的纵横航向耦合运动及其控制情况。

飞翼无人机着陆滑跑建模和控制仿真研究

根据无人机在三轮着地滑行时的运动特性,建立了这一阶段的全量非线性模型,并在MATLAB/SIMULINK仿真环境下设计了该模型的仿真系统,加入了防滑刹车控制系统模型,使仿真更接近实际情况。提出了飞翼无人机基于阻力方向舵的滑跑控制方案,针对某飞翼无人机的着陆滑跑控制仿真结果表明,所设计的仿真模型可用;主轮刹车与阻力方向舵协调操纵进行滑跑控制的方法响应平滑,性能良好。

仿生扑翼型机器鱼驱动机构的设计

基于仿生学原理,模仿鸟类和昆虫飞行的翼和鱼的新月型尾鳍的推进机理,提出一种仿生扑翼型机器鱼的设计方案,利用机械、电子元器件或智能材料实现该机器鱼的水下复合推进,采用曲柄摇杆机构实现该机器鱼扑翼运动,具有运动形式简单、效率高、重量轻的特点;模仿鳢科加新月形尾鳍推进模式,使机器鱼的尾鳍简化为刚性的水翼,该水翼可做平动与绕自身轴摆动的复合运动;使用弹簧作为连接尾鳍与舵机的力传输元件,有效降低运动的能量损耗;在机器鱼尾部使用沉浮舵,由舵机旋转驱动拉杆产生倾覆力矩,在扑翼和尾鳍的推力作用下实现上浮和下沉。

基于拔销器锁定的飞行器气动控制面解锁控制方法

针对利用机械式拔销器实现飞行器气动控制面锁定,提出一种气动控制面解锁控制方法。基于气动控制面锁定状态下固定的摆角范围,设计了气动控制面锁定状态查询方法;提出一种高可靠的气动控制面解锁时序;确定了基于气动控制面小角度摆动的解锁状态判定方法。地面原理性试验表明,采用以上方法可以实现飞行器气动控制面的可靠解锁。

扑翼型机器鱼的建模及实现

把昆虫和鸟类的翼在空中张合和鱼的胸鳍在水中摆动进行类比,结合水下扑翼型推进鱼的原型,提出一种仿生扑翼型机器鱼的设计方案,利用机械、电子元器件或智能材料加入扑翼飞行器实现机器鱼的水下复合推进。设计利用曲柄摇杆机构实现扑翼运动,使用弹簧作为连接胸鳍与舵机的力传输元件,有效降低能量损耗;在尾部的沉浮舵通过拉杆产生倾覆力矩,在扑翼和尾鳍的推力作用下实现上浮和下沉。实验证明,这种机器鱼实现了预期的扑翼形式。