弦向可变弯度机翼设计及气动特性研究
发布时间：2022-07-11 19:47
自飞机发明以来,提高飞行器气动性能的研究一直在进行,材料科学、制造技术的不断进步,为目前变弯度机翼的研究提供了基础。然而,传统刚性偏转机翼,由于其自身机械结构与驱动方式的限制,弦向变弯度机构复杂笨重,阻碍了机翼性能的进一步提升,因而需要机翼弦向变弯机构及驱动装置进行创新设计,并对其进行静、动态气动特性分析。本文从机翼实现弦向变弯度的实际需求出发,提出柔性弯曲悬臂梁后缘,采用记忆合金丝作为驱动,在驱动力的作用下实现机翼在弦向连续光滑变弯。研究首先利用记忆合金丝本构方程得到温度和记忆合金丝拉力的关系。其后基于链式梁约束模型,对大变形的弯曲悬臂梁柔性后缘进行静力学建模,得到力与柔性后缘变形的模型,从而得到在不同力作用下的后缘位形。研究利用Fluent软件进行数值模拟,对本文提出的弦向变弯机翼的升力系数、阻力系数、升阻比等重要的空气动力学性能参数与传统刚性偏转机翼进行对比分析,验证了其性能相对于传统机翼的优势。建立考虑弦向机构柔性的机翼三自由度气动弹性模型,对弦向柔性变弯机翼的气动弹性稳定性即颤振特性进行了分析讨论。得出引入结构柔性不影响系统颤振临界速度的条件范围。
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究的背景和意义
1.2 弦向柔性变弯度机翼研究现状
1.2.1 国内外变弯度机翼研究现状
1.2.2 变弯度机翼气动特性研究现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 弦向柔性变弯度机翼结构设计
2.1 引言
2.2 机翼变弯方案及基体结构设计
2.2.1 翼型及其几何参数
2.2.2 弦向变弯方案设计
2.2.3 机翼基体结构设计
2.2.4 机翼变弯度实验
2.3 驱动装置设计
2.3.1 记忆合金丝驱动原理
2.3.2 形状记忆合金丝力学建模
2.3.3 形状记忆合金丝的加热方式
2.4 悬臂梁式机翼后缘力学建模
2.4.1 弯曲梁的梁约束模型
2.4.2 平面大变形弯曲梁的链式梁约束模型
2.4.3 弯曲柔性后缘位形数据获取
2.5 本章小结
第3章 弦向柔性变弯机翼静态气动特性分析
3.1 引言
3.2 数值模拟的基本方程
3.2.1 连续性方程
3.2.2 Navier-Stokes方程和Euler方程
3.3 柔性变弯机翼与刚性偏转机翼静态气动特性对比分析
3.4 本章小结
第4章 弦向柔性变弯机翼动态气动特性分析
4.1 引言
4.2 弦向柔性变弯机翼气动弹性建模
4.2.1 运动方程建立
4.2.2 气动力方程建立
4.2.3 气动弹性方程建模
4.3 频域气动弹性分析
4.4 结果分析讨论
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能可变形飞行器关键技术发展现状及展望[J]. 白鹏,陈钱,徐国武,刘荣健,董二宝. 空气动力学学报. 2019(03)
[2]自适应机翼翼型变形的研究现状及关键技术[J]. 倪迎鸽,杨宇. 航空工程进展. 2018(03)
[3]智能柔性变形机翼技术的应用与发展[J]. 祝连庆,孙广开,李红,董明利. 机械工程学报. 2018(14)
[4]大型民机翼型变弯度气动特性分析与优化设计[J]. 梁煜,单肖文. 航空学报. 2016(03)
[5]一种载荷路径可控的柔性机翼前缘拓扑优化方法[J]. 张永红,葛文杰,寇鑫,刘小勇. 西北工业大学学报. 2013(03)
[6]形状记忆合金丝致动器新型电热方法及其建模与实验研究[J]. 董二宝,许旻,李永新,杨杰. 中国机械工程. 2010(23)
[7]可连续光滑偏转后缘的变弯度翼型气动特性分析[J]. 陈钱,白鹏,尹维龙,冷劲松,詹慧玲,刘子强. 空气动力学学报. 2010(01)
[8]变体飞机的研究进展及其关键技术[J]. 桑为民,陈年旭. 飞行力学. 2009(06)
[9]柔性后缘自适应机翼气动特性和操纵反效特性的比较分析[J]. 解江,杨智春,党会学. 工程力学. 2009(10)
[10]基于动网格技术的柔性后缘自适应机翼气动特性分析[J]. 杨智春,党会学,解江. 应用力学学报. 2009(03)
博士论文
[1]柔顺机构中几何非线性变形问题的精确建模方法研究[D]. 马付雷.西安电子科技大学 2016
[2]智能变形飞行器结构实现机制与若干关键技术研究[D]. 董二宝.中国科学技术大学 2010
硕士论文
[1]弦向柔性机翼气动弹性分析与控制[D]. 王琪.南京航空航天大学 2012
本文编号：3658768
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究的背景和意义
1.2 弦向柔性变弯度机翼研究现状
1.2.1 国内外变弯度机翼研究现状
1.2.2 变弯度机翼气动特性研究现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 弦向柔性变弯度机翼结构设计
2.1 引言
2.2 机翼变弯方案及基体结构设计
2.2.1 翼型及其几何参数
2.2.2 弦向变弯方案设计
2.2.3 机翼基体结构设计
2.2.4 机翼变弯度实验
2.3 驱动装置设计
2.3.1 记忆合金丝驱动原理
2.3.2 形状记忆合金丝力学建模
2.3.3 形状记忆合金丝的加热方式
2.4 悬臂梁式机翼后缘力学建模
2.4.1 弯曲梁的梁约束模型
2.4.2 平面大变形弯曲梁的链式梁约束模型
2.4.3 弯曲柔性后缘位形数据获取
2.5 本章小结
第3章 弦向柔性变弯机翼静态气动特性分析
3.1 引言
3.2 数值模拟的基本方程
3.2.1 连续性方程
3.2.2 Navier-Stokes方程和Euler方程
3.3 柔性变弯机翼与刚性偏转机翼静态气动特性对比分析
3.4 本章小结
第4章 弦向柔性变弯机翼动态气动特性分析
4.1 引言
4.2 弦向柔性变弯机翼气动弹性建模
4.2.1 运动方程建立
4.2.2 气动力方程建立
4.2.3 气动弹性方程建模
4.3 频域气动弹性分析
4.4 结果分析讨论
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能可变形飞行器关键技术发展现状及展望[J]. 白鹏,陈钱,徐国武,刘荣健,董二宝. 空气动力学学报. 2019(03)
[2]自适应机翼翼型变形的研究现状及关键技术[J]. 倪迎鸽,杨宇. 航空工程进展. 2018(03)
[3]智能柔性变形机翼技术的应用与发展[J]. 祝连庆,孙广开,李红,董明利. 机械工程学报. 2018(14)
[4]大型民机翼型变弯度气动特性分析与优化设计[J]. 梁煜,单肖文. 航空学报. 2016(03)
[5]一种载荷路径可控的柔性机翼前缘拓扑优化方法[J]. 张永红,葛文杰,寇鑫,刘小勇. 西北工业大学学报. 2013(03)
[6]形状记忆合金丝致动器新型电热方法及其建模与实验研究[J]. 董二宝,许旻,李永新,杨杰. 中国机械工程. 2010(23)
[7]可连续光滑偏转后缘的变弯度翼型气动特性分析[J]. 陈钱,白鹏,尹维龙,冷劲松,詹慧玲,刘子强. 空气动力学学报. 2010(01)
[8]变体飞机的研究进展及其关键技术[J]. 桑为民,陈年旭. 飞行力学. 2009(06)
[9]柔性后缘自适应机翼气动特性和操纵反效特性的比较分析[J]. 解江,杨智春,党会学. 工程力学. 2009(10)
[10]基于动网格技术的柔性后缘自适应机翼气动特性分析[J]. 杨智春,党会学,解江. 应用力学学报. 2009(03)
博士论文
[1]柔顺机构中几何非线性变形问题的精确建模方法研究[D]. 马付雷.西安电子科技大学 2016
[2]智能变形飞行器结构实现机制与若干关键技术研究[D]. 董二宝.中国科学技术大学 2010
硕士论文
[1]弦向柔性机翼气动弹性分析与控制[D]. 王琪.南京航空航天大学 2012
本文编号：3658768
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