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折叠翼飞行器的模型设计与气动特性仿真分析

北京航空航天大学学报 2024年

作者：胡文华刘文举吴瑞琴陈三亚冯晶晶吴霞天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津航天机电设备研究所

变体飞行器在飞行过程中的构型改变、弹性变形以及流场之间相互耦合，其气动特性受到显著影响。针对折叠翼变体飞行器的机翼折展运动导致的气动特性变化和机翼弹性变形问题，开展折叠翼的气动弹性仿真研究。采用翼身融合的三角翼方案，... 详细信息

变体飞行器在飞行过程中的构型改变、弹性变形以及流场之间相互耦合，其气动特性受到显著影响。针对折叠翼变体飞行器的机翼折展运动导致的气动特性变化和机翼弹性变形问题，开展折叠翼的气动弹性仿真研究。采用翼身融合的三角翼方案，建立三维模型并制作实物模型，验证机翼的构型改变功能。简化模型并划分网格，设置流固耦合仿真环境，利用单向流固耦合仿真分析气流攻角、气流速度对折叠翼的升阻力特性和弹性变形的耦合影响，开展双向流固耦合仿真，基于机翼剖线压力分析折展运动对机翼表面压力分布的影响，研究机翼构型改变、弹性变形以及流场环境的耦合效应。研究发现，折叠翼变体飞行器的气动特性以及弹性变形与气流攻角、气流速度、机翼折展角度以及折展速度都有关。折展速度对折叠翼的气动特性和弹性变形有重要影响，快速折展比慢速折展导致更显著的机翼气动特性变化和弹性变形。研究结果对折叠翼变体飞行器的气动特性分析、机翼弹性变形抑制，以及飞行控制器设计有重要指导意义。

关键词：折叠翼流固耦合折展运动气动特性仿真分析

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飞机折叠翼结构载荷飞行测量模型构建及应用

航空学报 2024年

作者：李俊范华飞何发东李志蕊李文龙中国飞行试验研究院

针对飞机折叠翼结构载荷测量应变电桥在载荷校准地面试验中出现的严重非线性响应问题，基于折叠区域结构传力特性和结构载荷测量机理，以折叠分界面弯矩为状态变量，并以折叠段重力引起的弯矩为分界点载荷，建立了分段多元线性模型，并... 详细信息

针对飞机折叠翼结构载荷测量应变电桥在载荷校准地面试验中出现的严重非线性响应问题，基于折叠区域结构传力特性和结构载荷测量机理，以折叠分界面弯矩为状态变量，并以折叠段重力引起的弯矩为分界点载荷，建立了分段多元线性模型，并给出了利用分段模型确定飞行测量载荷的方法，在某型飞机折叠翼载荷测量飞行试验中进行了验证。结果表明，通过分段模型得到的载荷更接近于实际承受的载荷，能够显著降低应变电桥非线性响应对折叠区域载荷测量的影响，提高载荷测量的精准度；在对称拉起机动的最大正载荷系数处，通过向下载荷模型得到的剪力和弯矩分别比分段模型小8.48%和11.13%；在对称推杆机动的最大负载荷系数处，通过向上载荷模型得到的剪力和弯矩分别比分段模型大14.87%和12.83%。该研究为解决翼面结构载荷测量应变电桥非线性响应问题提供了理论依据和工程方法。

关键词：折叠翼结构载荷飞行测量应变电桥非线性响应分段模型载荷校准

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无人机折叠翼分步展开机构设计及动力学分析

现代防御技术 2024年第1期52卷 24-33页

作者：许冶许国胜王钰坤王刚刘景旺范伯钧吴淼武汉天拓宇航智能装备有限公司湖北武汉430207 北华航天工业学院河北省跨气水介质飞行器重点实验室河北廊坊065099 北华航天工业学院河北省微小型航天器技术国防重点学科实验室河北廊坊065099 北京电子工程总体研究所北京100854

小型巡飞无人机折叠翼的展开方案对于无人机飞行模式切换具有重要影响。针对无人机折叠翼折叠特点与展开需求,提出同步展开和分步展开2种方案。采用拉格朗日法建立折叠翼展开动力学模型,应用气动力仿真软件计算折叠翼在展开过程中所受... 详细信息

小型巡飞无人机折叠翼的展开方案对于无人机飞行模式切换具有重要影响。针对无人机折叠翼折叠特点与展开需求,提出同步展开和分步展开2种方案。采用拉格朗日法建立折叠翼展开动力学模型,应用气动力仿真软件计算折叠翼在展开过程中所受空气阻力,得出折叠翼采用不同展开方案时所需驱动力矩,以驱动力矩作为评判标准,选取折叠翼最优展开方案。仿真计算结果表明,折叠翼分步展开方案可在保证展开到位的情况下,以小力矩在短时间内完成展开运动。针对折叠翼分步展开方案设计折叠翼分步展开机构,并进行结构静强度分析,验证结构方案的可行性。

关键词：折叠翼展开方案拉格朗日法动力学模型气动力仿真分步展开机构

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仿生折叠翼扑动过程气动特性分析

机械设计与制造 2024年第4期398卷 286-290,295页

作者：王才东张昊田胡坤王新杰郑州轻工业大学机电工程学院河南郑州450002

以甲虫后翅为仿生对象,基于四板机构理论设计了一种仿甲虫四板折叠翼,并对其气动特性进行研究。建立了仿甲虫四板折叠翼动力学仿真模型,采用双向流固耦合数值模拟方法,分析了扑动幅值、拍动频率与前飞速度对柔性折叠翼的升阻力系数和空... 详细信息

以甲虫后翅为仿生对象,基于四板机构理论设计了一种仿甲虫四板折叠翼,并对其气动特性进行研究。建立了仿甲虫四板折叠翼动力学仿真模型,采用双向流固耦合数值模拟方法,分析了扑动幅值、拍动频率与前飞速度对柔性折叠翼的升阻力系数和空气流场的影响,并对柔性折叠翼扑动过程进行了流场研究。研究表明,柔性折叠翼能提高飞行器的升力特性和推力特性,其扑动幅值为80°,频率为50Hz时,折叠翼的气动特性最为显著。本研究工作为优化折叠翼的设计及控制奠定了基础。

关键词：折叠翼柔性扑翼流固耦合气动特性

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便携式折叠翼搜救无人机设计与仿真

军事医学 2024年第2期48卷 136-142页

作者：邱琦苏卫华文曦王俊杰李晓宇河北工业大学机械工程学院天津300401 彩虹无人机科技有限公司北京100074 航天神舟飞行器有限公司天津300301

目的设计一种救援人员可随身携带且部署灵活快捷的搜救无人机,以满足战场环境下救援人员对无人机的使用需求。方法利用三维设计软件CATIA完成无人机机体结构设计,充分利用无人机机体内部空间采用可折叠式机翼,减小无人机体积。通过ABAQU... 详细信息

目的设计一种救援人员可随身携带且部署灵活快捷的搜救无人机,以满足战场环境下救援人员对无人机的使用需求。方法利用三维设计软件CATIA完成无人机机体结构设计,充分利用无人机机体内部空间采用可折叠式机翼,减小无人机体积。通过ABAQUS对无人机的关键零部件进行有限元分析与整机的模态分析,验证结构可靠性,并利用机器人仿真软件Webots对无人机进行运动仿真。结果通过仿真分析与试验验证,该无人机结构设计合理,可通过手抛起飞或采用身管式武器发射2种方式进行快速有效的部署,降低了救援人员使用无人机的难度。结论便携式折叠翼搜救无人机的设计与仿真研究对物理样机的研发有着重要意义,为我军救援设备的发展提供了新思路,对无人机小型化的发展也可起到一定的推动作用。

关键词：无人机便携式折叠翼结构设计有限元分析

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仿甲虫微型飞行器折叠翼模态分析

机械设计与制造 2024年第3期 335-338页

作者：王才东牛震胡坤郑华栋郑州轻工业大学机电工程学院河南郑州450000

自然界中甲虫采用扑翼飞行方式来实现飞翔,具有优异的飞行性能。折叠翼模态特性对飞行器的气动特性具有重要影响。文章分析了扑翼运动对翅翼模态性能要求,建立折叠翼有限元模型。对折叠翼的模态进行仿真分析,获得不同参数条件下折叠翼... 详细信息

自然界中甲虫采用扑翼飞行方式来实现飞翔,具有优异的飞行性能。折叠翼模态特性对飞行器的气动特性具有重要影响。文章分析了扑翼运动对翅翼模态性能要求,建立折叠翼有限元模型。对折叠翼的模态进行仿真分析,获得不同参数条件下折叠翼的模态特性。通过正交试验,分析各参数对折叠翼模态的显著性影响,结果分析表明,折叠翼弹性模量与厚度对折叠翼固有频率影响显著。这里研究结果为仿甲虫微型飞行器的设计制造和实际应用奠定了基础。

关键词：扑翼飞行折叠翼模态分析结构特性正交试验固有频率

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一种小型火工机构的输出计算及其验证

宇航学报 2024年第2期45卷 231-239页

作者：杜永刚王雪松刘轶鑫康昌玺雷小光张文台孙永壮中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所兰州730000

针对某折叠翼展开机构的小型化难题,研究了一种小型火工机构。利用内弹道理论建立了该火工机构的输出理论模型,通过理论模型计算和优化了机构参数,并用有限元法校验了计算结果。测试结果表明:该原型机具备了小型特点,其输出角度达到了12... 详细信息

针对某折叠翼展开机构的小型化难题,研究了一种小型火工机构。利用内弹道理论建立了该火工机构的输出理论模型,通过理论模型计算和优化了机构参数,并用有限元法校验了计算结果。测试结果表明:该原型机具备了小型特点,其输出角度达到了128.5°。在逆风和顺风负载下,该火工机构的工作时间均小于200 ms,其最大角速度不大于3 000 (°)/s,试验数据证实该火工机构具备缓冲作用,理论计算结果和试验数据基本一致。研究成果可作为薄型折叠翼的一种设计方法,为薄型折叠翼的工程应用奠定技术基础。

关键词：火工机构折叠翼小型化理论模型验证

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折叠翼摩擦阻力测量系统的标定技术及实验

机械设计与研究 2023年第4期39卷 163-165,172页

作者：马清艳赵丽琴王彪中北大学机械工程学院太原030051

根据折叠翼的主要指标要求,提出了一种装配过程中内翼与外翼间摩擦阻力的自动测试方法,要求展开角为0°~65°时,摩擦阻力在预定范围内。阐述了自动检测原理,从理论上研究了内翼和拉头部件重力的标定方法,建立了其数学模型和仿真模型。... 详细信息

根据折叠翼的主要指标要求,提出了一种装配过程中内翼与外翼间摩擦阻力的自动测试方法,要求展开角为0°~65°时,摩擦阻力在预定范围内。阐述了自动检测原理,从理论上研究了内翼和拉头部件重力的标定方法,建立了其数学模型和仿真模型。设计了摩擦阻力测试装置,并进行了实验。结果表明:内翼和拉头部件重力与展开角密切相关,拉头部件重力实验数据与模型数据之间的最大误差为2.58 N,这是由于实际结构与仿真结构之间存在误差所致。该测试方法合理可靠,为折叠翼摩擦阻力测试提供了理论和实验依据。

关键词：折叠翼展开摩擦阻力标定

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纵向二次折叠翼的运动特性研究

航空兵器 2023年第5期30卷 127-134页

作者：吕铁钢张晓闻李永伟张宇太原工业学院自动化系太原030008 太原工业学院电子工程系太原030008

折叠翼是弹药寻求所占空间小的飞行装置结构件,便于发射箱(筒)式贮存、运输,极大地节省了弹药的储运空间,增加了武器系统的运载、作战能力。本文研究了纵向二次折叠翼在展开过程中的气动弹性特性,建立了二次折叠翼在变体过程中的动态方... 详细信息

折叠翼是弹药寻求所占空间小的飞行装置结构件,便于发射箱(筒)式贮存、运输,极大地节省了弹药的储运空间,增加了武器系统的运载、作战能力。本文研究了纵向二次折叠翼在展开过程中的气动弹性特性,建立了二次折叠翼在变体过程中的动态方程,计算出折叠翼在变体过程中的广义非定常气动力,并对折叠翼进行气动弹性颤振分析。结果表明,由于大气环境的不确定性,以及导弹飞行速度与折叠翼展开速度的变化,导致折叠翼气动弹性系统出现不稳定的状态;在变体过程中,折叠翼展开过程中的位移幅度以及角自由度变化是确保弹箭飞行稳定的关键因素。

关键词：折叠翼气动弹性多体动力学广义非定常空气动力学颤振