智能材料和结构在变体飞行器上的应用现状与前景展望_冷劲松.pdf

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1、航空学报Ｊａｎ．２５２０１４Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１２９－４５ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａＩＳＳＮ１０００－６８９３ＣＮ１１－１９２９／Ｖｈｔｔｐ：／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｈｋｘｂ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ櫒櫒櫒毃毃櫒ｄｏｉ：１０．７５２７／Ｓ１０００－６８９３．２０１３．０２６５櫒特约櫒櫒毃毃櫒櫒櫒智能材料和结构在变体飞行器上的应用现状与前景展望冷劲松１，＊，孙健１，刘彦菊２１．哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所，哈尔滨黑龙江１５００８０２．哈尔滨工业大学航天学院航天科学与力学系，哈尔滨黑龙江１５０００１摘要：变体

2、飞行器可以根据不同的飞行条件改变自身形状以获得最优的气动性能，大大提高飞行器的综合性能，是未来飞行器发展的重要方向之一。新型智能材料和结构具有驱动、变形、承载、传感等特点，为变体飞行器的设计提供了新的技术途径。本文根据不同可变形机翼结构分类，详细阐述了智能材料和结构在自适应结构、智能驱动器和变形蒙皮等方面的研究现状。变体飞行器的实现亟需解决变形／承载一体化蒙皮技术、轻质大输出力驱动器技术和自适应结构技术等关键技术，本文还对智能材料和结构未来在变体飞行器上的应用前景进行了展望。关键词：飞行器材料；智能材料和结构；变体飞行器；自适应结构；驱动器；变形蒙皮中图分类号：Ｖ２５９；

3、ＴＢ３８１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－６８９３（２０１４）０１－００２９－１７智能材料和结构（ＳｍａｒｔＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄ不同的飞行任务和飞行环境改变自身形状，以获［９－１３］Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）一般是指以最佳条件响应外界环境变得最佳的气动性能，已经成为未来先进飞行［１４］化，且按这种变化显示自己功能的材料，具有自感器的重要特征和发展方向之一。采用可变形［１］技术，可以使飞行器实现减小阻力，提高升力，提知、自诊断、自驱动、自修复等能力，具有多功能［２］性和感受环境变化（或刺激）响应。压电材料、高机动性能，减少起降距离，减少油耗，扩展航程，形状记忆合金、形状记

4、忆聚合物、电致活性聚合提高升限，在整个飞行包线上保持综合性能最优物、磁致伸缩材料、电流变材料、磁流变材料、光纤等。早在１９１６年，美国人率先提出“可变形飞行传感器等都可以归为智能材料和结构。智能材料器”概念并申请专利，此方法通过改变机翼弯度来和结构具有轻质、高能量密度、自驱动、大变形、良达到飞行器变形的目的。２０世纪５０年代以后，好的传感特性、自修复等性能，由于其具有独特性又先后出现了一些新概念的改变气动外形的方质，已被广泛应用于航空航天、土木工程、医学、仿案，比较成型的技术有：变后掠翼技术、倾转翼技生机器人等领域。近年来，智能材料和结构在变术、Ｘ翼机技术等。由于传统材料

5、和结构构成的体飞行器方面的应用，更是引起了特别的变体飞行器（如Ｆ１４战斗机、Ｆ１１１战斗机等）具有［３－８］关注。质量大、结构复杂、维修费用高等缺点，大大限制变体飞行器（ＭｏｒｐｈｉｎｇＡｉｒｃｒａｆｔ，或者称为变了变体飞行器的发展。变体飞行器需要一类具有形飞行器、可变形飞行器、变体飞机等）可以根据轻质、大驱动力、大变形等特点的新一代材料和结收稿日期：２０１２－１２－０７；退修日期：２０１２－１２－２８；录用日期：２０１３－０５－１３；网络出版时间：２０１３－０６－１９１１：２５网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１９２９．Ｖ．２０１３０

6、６１９．１１２５．００１．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金（９０９１６０１１）＊通讯作者．Ｔｅｌ．：０４５１－８６４０２３２８Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｅｎｇｊｓ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ引用格式：ＬｅｎｇＪＳ，ＳｕｎＪ，ＬｉｕＹＪ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｓｍａｒｔｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｍｏｒｐｈｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１４，３５（１）：２９４５．－冷劲松，孙健，刘彦菊．智能材料和结构在变体飞行器上的应用现状与前景展望［Ｊ］．航

7、空学报，２０１４，３５（１）：２９４５．－３０航空学报Ｊａｎ．２５２０１４Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１构来实现，智能材料和结构的出现满足了变体飞型飞行器、智能直升机旋翼和发动机等方面有所行器的需求。２０世纪９０年代开始，美国等发达应用。本文将介绍在不同变形形式的飞行器中智国家开展了智能机翼（ＳｍａｒｔＷｉｎｇ）、变形飞行器能材料和结构的应用情况。结构（ＭＡＳ）等一系列研究计划对智能材料和结１．１折叠机翼构在变体飞行器上的应用进行了研究，并完成了原理性验证。目前，智能材料和结构在变体飞行折叠机翼可以大幅度改变机翼的翼面积、展器上的应用还