可变形机翼机构设计及分析

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可变形机翼机构设计及分析

作者：李刚戈占堃边弘晔

来源：《中国新技术新产品》2018年第03期

摘要：可变形机翼可以通过改变自身形状实现对飞机气动特性的调整，可以显著提高飞

机升阻比、燃油节省率及机动性，本文提出了一种可变形机翼机构设计方案，并进行相关仿真分析。

关键词：可变形机翼；结构设计；空气动力学分析

中图分类号：V249 文献标志码：A

随着现代航空业及科学技术的不断发展，人类对飞机的综合性能提出了更高的要求，如更高的飞行效率、更低的燃油消耗、更长的航程以及更好的机动性等。可变形机翼可以根据飞行任务的不同，相应的改变机翼的气动外形，从而调整飞机的空气动力学特性。1985年美国空

军与NASA共同提出了“任务自适应机翼”项目。关于可变形机翼的相关研究还有许多，如美国国防高级研究计划署与格鲁曼公司共同提出的“机敏机翼”项目、德国宇航中心提出的带状柔性可变形机翼等。

尽管在可变形机翼领域已经取得了较多成果，但并没有对某一类可变形机翼形成系统化的设计。而且多数设计方案机构自由度大于1，这意味着机构中需要有两个或两个以上的驱动，这无疑增加了机构的重量和控制的难度。

1 可变形机翼结构设计

平面闭环连杆机构是结构设计中最常使用的机构之一。其具有诸多优点，如承载能力大、传动可靠、自由度确定、耐磨性能优良等。本文将以平面闭环连杆机构为设计对象，进行可变形机翼的结构设计。

可变形机翼可以形成连续渐变的弯度，这要求在可变形机翼中至少有两个变形单元，而且在相同的变形方向上必须具有逐渐增大的变形位移。因此，本文提出了一种可变形机翼的设计方案，如图1（a）所示。

为了机构形状与传统机翼形状相似，图1（a）中的位移放大机构进行了适当的变形。其

中连杆ED’F为一个整体，与连杆C’D’在点D’处铰接。当连杆BC上有一个逆时针输入时，连杆BC将绕点B进行逆时针旋转，此时，连杆BC上所有点中，点C的竖直位移最大，由于点C与点C’重合，因此连杆C’D’将获得最大的竖直位移。在连杆BC上任意选取一点与点E连接，则点E将获得一个小于连杆C’D’的竖直位移。此时图1左侧第二个机构可以实现位移放大的功能，在点F处将得到同向放大的输出。利用以上设计方法，可以得到如图1（b）所示

的可变形机翼结构方案。针对以上可变形机翼方案，建立其数学模型，并在MATLAB中进行