熊邦++王蔚澤++徐顯超

摘要：飛翼布局飛行器擁有很高的氣動(dòng)效率，常規(guī)飛翼布局飛行器無(wú)法安裝大襟翼，使得飛機(jī)的起降與巡航效率之間相互矛盾.設(shè)計(jì)一款機(jī)翼可以在空中向下折疊的飛行器，起飛降落階段，機(jī)翼展開(kāi)，使得飛機(jī)的起降距離減短；在巡航階段，機(jī)翼折疊收起，減少阻力，提高巡航效率。對(duì)驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行FULENT氣動(dòng)分析，隨著飛行速度的增加，折疊狀態(tài)下的升阻比大于展開(kāi)的狀態(tài)，氣動(dòng)效果明顯提升。

關(guān)鍵詞：飛翼布局 變體 氣動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：V21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1緒論

1.1機(jī)翼可折疊的飛翼布局無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)介

飛翼布局飛行器擁有很高的氣動(dòng)效率，但飛翼布局飛行器不能像常規(guī)飛行器一樣在機(jī)翼后緣安裝巨大的增升裝置，為了保證氣動(dòng)效率，把翼面積做小，這使得飛翼布局飛行器起降品質(zhì)降低。要保證起降品質(zhì)，把翼面積做大，但氣動(dòng)效率有會(huì)大打折扣[1]。

變體飛行器分為多種形式。主要有主動(dòng)氣動(dòng)彈性機(jī)翼（AAW）、滑動(dòng)蒙皮機(jī)翼、壓縮機(jī)翼、折疊機(jī)翼。在這里我們研究的是折疊機(jī)翼形式。

1.2本文研究?jī)?nèi)容

國(guó)內(nèi)外所研究的可折疊的變體飛行器都是以機(jī)翼向上折疊，在飛機(jī)起飛的時(shí)候基于打開(kāi)，飛機(jī)巡航的時(shí)候機(jī)翼向上折疊減阻，而本文所做的工作是機(jī)翼向下折疊，翼面積變化大，帶來(lái)的效果更明顯，但其難度系數(shù)更大。機(jī)翼折疊圖1如下。

圖1 機(jī)翼折疊前、后的CATIA圖

2飛機(jī)的設(shè)計(jì)

為了使得飛機(jī)的總體重量更輕，整機(jī)的設(shè)計(jì)重量控制在3.5Kg，對(duì)于機(jī)身，機(jī)翼的制造上的選材，泡沫塑料，利用熱切割技術(shù)把飛機(jī)的外形切出來(lái)，然后在表面刷上玻璃纖維，最后對(duì)其機(jī)翼進(jìn)行沖真空加熱，做出來(lái)的機(jī)翼強(qiáng)度大，質(zhì)量輕。

變體飛行器由于飛翼布局，整架飛機(jī)就是以整塊的機(jī)翼組成的，而為了實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的折疊，在外機(jī)翼和內(nèi)機(jī)翼之間我們需要安裝4個(gè)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器是折疊機(jī)翼的核心部分[2]，過(guò)重的驅(qū)動(dòng)器使得優(yōu)勢(shì)不明顯，過(guò)于單薄的驅(qū)動(dòng)器又將使得飛機(jī)安全性降低，所以，驅(qū)動(dòng)器是該飛機(jī)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。以往的變體飛行器，驅(qū)動(dòng)器占飛機(jī)重量比重較大，導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)不明顯，一架飛機(jī)有四個(gè)關(guān)節(jié)共需要四個(gè)，減少折疊驅(qū)動(dòng)器自重是實(shí)現(xiàn)高效飛行的關(guān)鍵。驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)型為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，渦輪蝸桿減速，重量不大于300g每個(gè)，其設(shè)計(jì)扭矩為2*m*l*g，m為飛行器起飛重量，單位公斤；l為機(jī)翼展向的氣動(dòng)重心到驅(qū)動(dòng)器的展向距離，單位米。g為重力加速度。

3 FLUENT軟件分析結(jié)果

飛機(jī)的機(jī)翼折疊和展開(kāi)的狀態(tài)在FLUENT中的計(jì)算分析[3]，如圖2所示。

圖2 不同狀態(tài)下的機(jī)翼FLUENT分析

圖3 機(jī)翼展開(kāi)、折疊狀態(tài)升阻比隨速度變化圖

有上述圖3可知，當(dāng)飛行速度大時(shí)，折疊狀態(tài)升阻比提高，飛行速度在14m/s時(shí)折疊狀態(tài)的升阻比超過(guò)了展開(kāi)狀態(tài)的升阻比，當(dāng)飛行速度達(dá)到25m/s時(shí)，折疊狀態(tài)升阻比達(dá)到展開(kāi)狀態(tài)升阻比的1.66倍。

4 應(yīng)用前景分析

運(yùn)用此變體飛行器作為航拍、測(cè)繪等工作，在不同的任務(wù)階段，飛機(jī)可以通過(guò)折疊和展開(kāi)來(lái)達(dá)到最優(yōu)飛行狀態(tài)，使飛行器可以長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航，更好的完成任務(wù)。

5 結(jié)論

本文的特點(diǎn)在于不同于常規(guī)的民用飛行器通過(guò)大襟翼來(lái)作為主要增升裝置，此變體飛機(jī)而是通過(guò)展開(kāi)、折疊機(jī)翼來(lái)增升，解決了飛翼布局飛行器無(wú)法通過(guò)大襟翼增升的問(wèn)題。目前我國(guó)所研究的折疊翼飛行器都是向上折疊，而我們的是向下折疊，翼面積的變化更大，增升效果更顯著。對(duì)驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行FULENT氣動(dòng)分析，在飛行巡航狀態(tài)下，折疊狀態(tài)的升阻比大于展開(kāi)的狀態(tài)，氣動(dòng)效果明顯提升，說(shuō)明了理論效果與設(shè)計(jì)思路相一致，對(duì)于未來(lái)變體飛行器的發(fā)展進(jìn)行了積極的探索。

參考文獻(xiàn)

[1] 王學(xué)健. 中國(guó)要不要造變體飛機(jī) [J]. 發(fā)明與創(chuàng)新，2009，08：15-16.

[2]朱華.劉衛(wèi)東.變體飛行器及其變形驅(qū)動(dòng)技術(shù)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2010，07：11-12

[3]莊知龍. 基于CFD的變體飛行器變形過(guò)程氣動(dòng)特性及控制問(wèn)題研究[D]. 南京航空航天大學(xué)， 2012.