一种新的柔性蜂窝结构及其在变体飞机中的应用

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1、航空学报ActaAerOnautIcaetAstronauticaSinicaJan．252011VOI．32No．1156—163ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：looO一6893(2011)O卜0156一08一种新的柔性蜂窝结构及其在变体飞机中的应用张平1，周丽1’*，邱涛21．南京航空航天大学结构与强度研究所，飞行器结构力学与控制教育部重点实验室，江苏南京2100162．沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳110035摘要：变体1毛机要求机翼

2、结构可以光滑连续地变形。机翼的蒙皮要有足够大的面内伸缩变形能力，同时还要有足够的面外承载能力。本文针对后缘变弯度机翼，设计出一种新的柔性蜂窝结构。研究了该柔性蜂窝的面内变形能力和形状参数的关系。仿真分析和试验验证表明，该柔性蜂窝结构具有足够的面内变形能力，变形后仍保持良好的面外承载能力，满足后缘变弯度机翼的使用要求。关键词：变体飞机；柔性机翼；柔性蜂窝；面内变形；力学性能；结构设计中图分类号：V250．3文献标识码：A变体飞机是一种可以在飞行过程中随时改变外形来适应任务环境变化的新概念飞机【I]。设计可变形机翼结构是变体飞机研究领域的一项主

3、要挑战[2]。柔性机翼在光滑连续变形时需要机翼蒙皮具有充分的面内变形能力，同时还能够承受气动载荷。传统的材料和结构设计很难解决面内充分的变形能力和面外足够的承载能力二者之间的矛盾。使用新型智能材料和创新结构设计成为众多学者广泛研究的内容。Monner和Poonsong设计了一种可转动翼肋机构[3巧】，由一些独立的刚性单元通过转轴和线性滑动轴承连接而成，变形可由单点控制。但是该机构以及驱动系统带来的重量代价大。文献[6]～文献[8]研究了用形状记忆合金作为驱动的柔性结构，通过调整温度控制结构变形，但是变形能力不足，且实际应用中温度不易控制。哈

4、尔滨丁业大学对形状记忆聚合物制成的飞机蒙皮的力学特性进行了研究，指出其是变体飞机蒙皮材料的首选[9。引。邱涛等设计了一种柔性结构单元【l¨，该单元在面内可以产生较大的伸缩变形，在垂直平面方向可以承受较大的载荷，克服了目前智能材料驱动能力的不足，但是仍要付出较大的重量代价。蜂窝夹芯结构以重量轻、抗弯和抗压强度大等优点被广泛地使用在航空结构上[1引，但是变形能力不满足柔性机翼的设计要求。目前国内外可见的关于柔性蜂窝结构的研究很少。本文设计并制作了一种新的柔性蜂窝结构，对其面内变形能力和面外承载能力进行了仿真分析和试验验证。并在后缘变弯度机翼结构

5、设计中尝试应用。该结构重量轻、面内可以产牛较大的伸缩变形，垂直平面方向具有一定的承载能力，克服了目前可变形结构设计中存在的附加重量大的问题，解决了面内变形与面外承载的矛盾，可以应用到变体飞机结构设计中。收稿日期：2010．04．22；退修日期：2010-06．09；录用日期：2010—07—05；网络出版时问：2010-11—1015：00网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．201011101500．002．htmIDOI：CNKI：11—1929／V．2010”10．1500．002基金项目：国

6、家自然科学基金(10572058)；航窄科学基金(2008zA52012)*通讯作者．Tel．：025．84891722E—ma¨：Izhou@叫aa．e山．∞引用格武；张平．厨丽．邱涛?一种新的秉性蜂窝结构硬萁在变体飞机中的壶甩r∞．航宅学擐．20{1·32t1)：156·163．ZhangPing。z咖Li．oiu丁ao．Anewf

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10、)1156．163．张平等：一种新的柔性蜂窝结构及其在变体飞机中的应用1571柔性蜂窝的优化设计1．1设计目的与要求柔性机翼结构中使用的蜂窝结构，不仅要保证重量轻、强度高等特点，还需要满足柔性结构对其在变形和承载方面的特殊要求。常规飞机机翼的后缘舵面一般偏转20。～30。。考虑到柔性机翼气动效率比普通机翼高，后缘弯度相当于舵面偏转15。，因此设计的柔性蜂窝弯曲变形量要达到15。，同时在变形过程中强度和刚度满足使用要求。1．2设计思路与方法设计柔性蜂窝时要考虑后缘变弯度机翼结构的变形、承载、传力、驱动等要求，使其能

11、够产生较大的弯曲变形。针对这些要求，已采用的结构形式是：在弯曲中性面上布置芯板，在芯板上布置立(腹)板连接驱动装置，用可变形蜂窝支撑柔性蒙皮，并将表面上的气动载荷传递给芯板。驱动