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        國外變形飛行器的研究現(xiàn)狀

        2021-12-02 05:58:40明新迪
        科學(xué)與生活 2021年25期
        關(guān)鍵詞:國外現(xiàn)狀研究

        明新迪

        摘要:隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升,飛行器技術(shù)在國內(nèi)外都得到了非常迅猛的發(fā)展,傳統(tǒng)飛行器的飛行方式很難完成某些特定的任務(wù)和飛行要求,所以變形飛行器越來越受到各國的青睞,得到了更多的發(fā)展機(jī)會,國外對于變形飛行器的研究從未停止,變形飛行器的技術(shù)水平也在不斷提升。變形飛行器的方案會對變形飛行器性能造成最直接的影響,本文對國外變形飛行器的變形方案進(jìn)行了研究,并對變形飛行器的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行展望。

        關(guān)鍵詞:變形飛行器;國外;現(xiàn)狀研究

        引言

        變形飛行器的概念早在一百多年前就被提出,其靈感來源于天空中飛翔的鳥兒,但是由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制,無法運(yùn)用到飛機(jī)上。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升,變形飛行器被很好地研究并且利用起來,變形飛行器可以根據(jù)需求改變自己的形態(tài),從而完成各式各樣的任務(wù),變形飛行器對于各個國家航天、軍事水平的發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前很多國外國家都在積極對變形飛行器進(jìn)行研究,促進(jìn)變形飛行器技術(shù)的不斷提高。

        一、變形飛行器的變形方案

        變形飛行器的設(shè)計靈感來自鳥兒,鳥在飛行的過程中翅膀可以隨著飛行不斷變換形狀,讓鳥兒的身體非常靈活,可以在空中自由翱翔,人們想將這一靈感運(yùn)用到機(jī)翼上,能夠讓飛機(jī)在飛行過程中更加靈活,根據(jù)鳥兒翅膀的變形情況,可以分為大尺度變形、中尺度變形和小尺度變形,其中變形也可以分為平面形狀變化、平面外變形以及翼型的變化。

        1.翼的平面形狀變化

        翼的平面形狀變化中展長和后掠角關(guān)系到翼的升阻比,能夠增加飛機(jī)續(xù)航的時間,展弦比變化會導(dǎo)致翼的面積發(fā)生改變就會導(dǎo)致飛機(jī)的升力線斜率發(fā)生改變。根據(jù)平面形狀變化的一些基本參數(shù)提出了不同的變形方案。

        (1)變后掠翼

        變后掠能夠有效解決飛機(jī)高速飛行之間產(chǎn)生的矛盾,大后掠角能夠有效的減少飛機(jī)飛行中受到的阻力影響,而低速飛行時小后掠角能夠提升續(xù)航的能力,還可以讓飛機(jī)很快的提速。變后掠角還可以縮短起飛的距離這樣飛機(jī)就能夠快速起飛,增加快速突防的能力。飛機(jī)在進(jìn)行變后掠時,飛機(jī)的質(zhì)心以及壓心都會發(fā)生一定程度上的改變,側(cè)向穩(wěn)定性和縱向穩(wěn)定性都會受到影響。

        (2)變展長翼

        展長可以增加飛機(jī)飛行的航程,讓飛機(jī)燃油的使用效率更高,但是會降低飛機(jī)的機(jī)動性。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),展弦比較低的飛機(jī)在飛行速度和機(jī)動性上表現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢,但是氣動性比較差。變展長翼可以提高飛行的飛行速度同時提升飛機(jī)的續(xù)航能力,增加飛機(jī)的翼展提升展弦比以及翼面積能夠降低飛機(jī)在上升過程中受到的阻力,從而讓飛機(jī)的續(xù)航能力更強(qiáng)。當(dāng)前擁有的變展長翼中大多數(shù)為內(nèi)部伸縮結(jié)構(gòu),通過改變外翼的伸縮實(shí)現(xiàn)展弦比的改變,當(dāng)翼長短時,也就是只有內(nèi)翼時,飛機(jī)受到的阻力小,能夠很快的加速。當(dāng)外翼展開時,展弦比增大從而提高了升阻比,便于巡航。

        (3)變弦長翼

        飛機(jī)的弦長由于零件限制很難進(jìn)行改變,但是有設(shè)計人員設(shè)計出了一種可以通過直流電操作的翼肋,可以改變翼的弦長。

        2.翼的平面外變形

        (1)翼的扭轉(zhuǎn)

        翼的扭轉(zhuǎn)是最早想要實(shí)現(xiàn)的變形方式,在最初翼的扭轉(zhuǎn)受到科學(xué)技術(shù)條件的限制很難實(shí)現(xiàn),然而當(dāng)前隨著許多柔軟材料的出現(xiàn)讓翼的扭轉(zhuǎn)變成可能。當(dāng)前可以通過翼型彎度的漸變實(shí)現(xiàn)翼的扭轉(zhuǎn),是的控制面板被分為幾段,通過偏心杠桿實(shí)現(xiàn)平面外的形變,翼的表面包裹的是柔軟的硅有機(jī)樹脂蒙皮。

        (2)翼的上反角

        提高翼的上反角能夠提升飛機(jī)的飛行性能,通過可變上反角控制翼的氣動展長,替代了傳統(tǒng)的控制面板,有效減小阻力,大大提高了飛機(jī)的機(jī)動性。

        (3)翼的展向彎曲

        展向彎曲就是在翼梢處實(shí)現(xiàn)一定的扭轉(zhuǎn),能夠有效降低誘導(dǎo)阻力。這種彎曲方式的蒙皮和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計非常困難,內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊的設(shè)計能夠發(fā)生形變,外部蒙皮一定要具有柔性并且可以承載氣動載荷。

        3.翼型的變化

        翼型的變化就是指翼型彎度的改變,一些情況下也指翼型厚度的改變。

        (1)翼型前后緣變形

        翼型的前后緣變形能夠讓翼型的前后緣都有彎度,從而替代傳統(tǒng)控制面板對飛行器的操作。當(dāng)前國外有很多關(guān)于翼型前后緣變形的研究,其主要依靠設(shè)計不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

        (2)翼型整體變形

        之前圣母大學(xué)的教授提出過多形態(tài)翼的方案,就是在翼的內(nèi)部放置囊狀物,囊狀物中放有燃油,飛機(jī)飛行的過程中囊狀物中的燃油將會被不斷消耗,翼的厚度隨之減小,這樣可以提高無人機(jī)的續(xù)航時間。

        4.機(jī)翼與尾翼的組合變形

        國外弗吉尼亞理工大學(xué)的學(xué)生設(shè)計出一款可變形的飛行器,其剖面形狀為翼型,翼可以伸縮變長、旋轉(zhuǎn)變后掠,并且可以沿弦向扭轉(zhuǎn),尾翼可以改變展弦比、尾翼面積以及尾翼的攻角,還可以改變機(jī)身的縱向相對位置。通過翼的后掠角和尾翼沿機(jī)身的縱向相對位置,可以實(shí)現(xiàn)不同飛行狀態(tài)的氣動布局。

        二、未來變形飛行器的發(fā)展趨勢

        國外對于變形飛行器的研究從未停止,還在源源不斷的提出各種變形方案,讓變形飛行器能夠適應(yīng)更多的飛行任務(wù),但是其中能夠?qū)崿F(xiàn)的方案非常少,國外擁有變形飛行器的國家數(shù)量也并不多。當(dāng)前變后掠已經(jīng)在很多軍事型飛機(jī)中被應(yīng)用,尤其是超聲速飛機(jī),但是變后掠的應(yīng)用會降低燃油的燃燒效率,且飛機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加的問題也需要被克服。

        隨著當(dāng)前社會的不斷發(fā)展飛行器被應(yīng)用在更多的領(lǐng)域,變形飛行器中也應(yīng)該添加更多智能化的技術(shù),實(shí)現(xiàn)對于變形飛行器的創(chuàng)新,并綜合多個方面進(jìn)行考慮,讓變形飛行器能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

        結(jié)語:

        綜上所述,不同的變形器方案能夠適應(yīng)不同的非常場景和任務(wù)需求,隨著國外對于變形飛行器研究的重視程度越來越高,各國的變形飛行器技術(shù)也在逐步提升,且還會有更多變形飛行器的方案被發(fā)掘。變形飛行器方案提出之后還需要進(jìn)行一系列理論驗證以及實(shí)際的實(shí)驗才能確認(rèn),所以對于變形飛行器的研究是一個長遠(yuǎn)的過程,且在過程中存在許多不確定因素,需要研究人員加強(qiáng)鉆研和研究,讓變形飛行器技術(shù)實(shí)現(xiàn)真正意義上的發(fā)展進(jìn)步。

        參考文獻(xiàn):

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