【正文】 2）機翼的結(jié)構(gòu)布局分類并不完善，只是簡單分類為四大類，而混合類等一些沒有進行研究和比較，可能會漏掉更好的布局選擇，這樣就使得結(jié)構(gòu)的選擇方面顯得很有局限性。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 45 圖 64 垂直著陸時機翼的形變圖 圖 65 垂直著陸時垂尾的形變圖 因為在重力加載的過程中，采用的是集中力的方法，即在飛行器的幾何中心加載等于飛行器重力大小 3 倍的集中載荷，所以最大應(yīng)力實際上不應(yīng)在飛行器的幾何中心。 。這樣可以得出結(jié)論縱向型布局的柔性機翼能明顯改善順航向突風(fēng)帶來的影響，在飛行器以巡航速度飛行時，減小突風(fēng)帶來的影響 30%以上，很大程度提高了飛行器的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性減小了氣流分離的可能。下反安裝角三維效果圖 下面進行柔性翼的抗風(fēng)能力分析。經(jīng)過多方面的考慮，我們采用預(yù)變形法進行補償，即在 制造的時候讓機翼原有位置不在巡航設(shè)計的狀態(tài)，預(yù)先相對于巡航平衡位置有一定的變形量，而當飛機進入巡航狀態(tài)后，飛行器機翼在氣動力和重力的綜合作用下使得機翼恰好能達到和停留在總體設(shè)計的巡航狀態(tài)。綜上所述，在縱向型布局中選擇合適的作為我的機翼布局?？偨Y(jié)如下表所示： 表 54 三種布局形式對比 彎曲變形量 扭轉(zhuǎn)變形量 復(fù)合材料面積 彎扭變形比 橫向型 錯誤 !未找到引用源。 碳纖維“ L” 140 1500 碳纖維“ T” 16 80 聚乙烯 728 本科畢業(yè)設(shè)計論文 32 復(fù)合材料對應(yīng)柔性翼受力特點 由前面的材料建立的各布局模型如下面的各選項中所示，為了 對比研究，我們使個研究對象的框架結(jié)構(gòu)（大致為復(fù)合材料）的面積接近相同，厚度為 1mm，這樣可以使研究時變量盡可能少，利于對比研究在相同用料的情況下各個布局的所帶來的變形收益。一般連續(xù)纖維在其纖維方向都有較高的強度和剛度，而垂直于纖維方向上的性能較差。 ③無機非金屬基復(fù)合材料以各種無機非金屬為基體，常見的有陶瓷基、碳基及水 泥基復(fù)合材料等。因此，在考慮到各向抗風(fēng)能力的情況下，放射型柔性機翼能很好的綜合扭轉(zhuǎn)和彎曲變形的優(yōu)點，但是放射型的布局由于固定端太窄太遠，所以剛度過小，導(dǎo)致變形太大，不能滿足結(jié)構(gòu)的要求。放射型機翼受力及變形分析，在施加平均氣動載 荷后的變形與下圖所示，由圖可知機翼的最大形變發(fā)生在翼尖部分，與橫向型和縱向型布局機翼一樣，同時兼有扭轉(zhuǎn)和彎曲變形，且扭轉(zhuǎn)型變量較大。 首先是薄膜材料，因為聚乙烯薄膜材料成本低，而且能滿足柔性翼薄膜材料的各項要求，所以選取屬性在聚乙烯薄膜范圍內(nèi)的各項屬性作為建立模型的數(shù)據(jù)。取以上前四種典型翼型進行受力分析，得出它們受力時的變形特征，用以確定在不同 突風(fēng)載荷情況下機翼的形變，從而選擇滿足前一章節(jié)要求的合適的布局引進到微小型飛行器上。但相同條件下，為了增加飛行器的飛行高度時，同等條件下柔性翼需要增加飛行器的升力大，而柔性翼的這種性能會影響它升力的增加量，所以對柔性機翼來說，飛行器的操作機動性變差，但是抗突風(fēng)干擾的能 力變好。因此在軌跡的變化上要小于剛性機翼，飛行器的姿態(tài)變化也小于剛性機翼。 柔性翼微型飛行器受正面突風(fēng)時穩(wěn)定性 本科畢業(yè)設(shè)計論文 17微型飛行器在正常飛行時各向受力平衡，此時有迎面而來的突風(fēng)，風(fēng)速大小為 錯誤 !未找到引用源。 ，既有 錯誤 !未找到引用源。這時，突風(fēng)從側(cè)面吹來時，形成β的側(cè)滑角，此時來流相對飛行器的速度為ν，橫向剖面圖（見下圖）中有垂直于對稱面的分速度ν 錯誤 !未找到引用源。 （ 212） 由上述公式可以知道，當柔性機翼的質(zhì)心與氣動中心不重合時，柔性機翼的突風(fēng)過載特性優(yōu)于剛性機翼。 ，所以若單純的以扭矩的大小柔性機翼在氣動中心遠離彈性中心時轉(zhuǎn)迎角的初始變化速度比剛性機翼差。 ，其中 t 為力矩作用的時間，可以知道此時（突風(fēng)作用在飛行器上后）的轉(zhuǎn)角變化量為 : 柔性機翼： 錯誤 !未找到引用源。 飛行器受突風(fēng)影響后所產(chǎn)生的俯仰力矩： 柔性機翼： 錯誤 !未找到引用源。 （ 22） 針對縱向穩(wěn)定性問題，設(shè)質(zhì)心 錯誤 !未找到引用源。 ,從而使機翼產(chǎn)生繞彈性中心的轉(zhuǎn)動變形 錯誤 !未找到引用源。由于本微型飛行器的計算均是在低雷諾數(shù)下，翼型在這一范圍內(nèi)不可避免的會出現(xiàn)分離現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對翼型的氣動特性分析有很大的影響，本章是為了研究柔性翼微型飛行器柔性機翼減小 突風(fēng)影響的本質(zhì)特性，所以不考慮分離等現(xiàn)象。 的大小，則能產(chǎn)生更小的飛行姿態(tài)變化，恢復(fù)原有飛行狀態(tài)的能力變強，即提高飛行器的抗風(fēng)干擾性強。 為升力系數(shù)； S 為機翼面積； 錯誤 !未找到引用源。 （圖 1）。其中包括柔性翼飛行器機翼簡化模型下的受力，在各典型突風(fēng)情況下（正面突風(fēng)、側(cè)面突風(fēng)、下突風(fēng)）對比剛性機翼的變形；柔性翼的各項變形所帶來的收益以及引起的性能降低；結(jié)合復(fù)合材料運用 patran 計算機翼變形，還有各種形式布局的機翼的優(yōu)缺點；結(jié)合實際的抗風(fēng)能力以及變形特點來最后擇優(yōu)選擇的柔性翼形式；最后聯(lián)系全機的起降特點，對柔性翼在任務(wù)中不同階段時受力變形進行分類系統(tǒng)化的研究；最后總結(jié)全文，提出需要改進的方面，為后續(xù) 的研究做鋪墊。積極利用機翼的柔性變形，不僅有望能夠減輕結(jié)構(gòu)重本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 量，還能達到減小突 然來流對飛行器的影響。在國防領(lǐng)域具有十分重要而廣泛的研究背景，能過比其他飛行器更好地執(zhí)行的任務(wù)。s wind resistance, and it makes micro air vehicle aircraft more responsive to changing external conditions, and reduce the constraints of external factors on the aircraft, and more important for the improvement of aircraft survivability. KEY WORDS： MAV， Flexible wing， Composite materials， Wind resistance 本科畢業(yè)設(shè)計論文 III 目 錄 第一章 緒論 ................................................ 5 微型飛行器簡介 ........................................................................................ 5 柔性微型飛行器 ........................................................................................ 6 本文內(nèi)容介紹 ............................................................................................ 7 第二章 柔性微型飛行器性能 .............................. 9 柔性翼微型飛行器受力模型簡化 ............................................................ 9 柔性翼微型飛行器預(yù)想效果 .................................................................. 10 第三章 柔性翼微型飛行器的突風(fēng)特性 ................. 12 柔性翼微型飛行器受下突風(fēng)時的穩(wěn)定性 .............................................. 12 柔性翼微型飛行器受側(cè)突風(fēng)時穩(wěn)定性 .................................................. 15 柔性翼微型飛行器受正面突風(fēng)時穩(wěn)定性 ............................................. 17 柔性翼微型飛行器抗風(fēng)能力綜合 .......................................................... 19 第四章 柔性翼微型飛行器的結(jié)構(gòu)選型 ................. 20 柔性翼微型飛行器的種類 ...................................................................... 20 柔性翼四種典型機翼的受力分析 .......................................................... 22 綜合柔性翼受力優(yōu)缺點 .......................................................................... 29 第五章 柔性翼微型飛行器機翼材料 ..................... 30 復(fù)合材料選擇 .......................................................................................... 30 復(fù)合材料對應(yīng)柔性翼受力特點 .............................................................. 32 布局的最終選擇和機翼預(yù)變形 的設(shè)計 .................................................. 37 第六章 柔性翼微型飛行器其它特性 .................... 43 柔性翼的模態(tài) .......................................................................................... 43 起落裝置對機翼的影響 .......................................................................... 43 第七章 總結(jié)與展望 ........................................ 47 本科畢業(yè)設(shè)計論文 IV 本文總結(jié) ................................................................................................. 47 工作展望 .................................................................................................. 47 參考文獻 ..................................................... 49 畢業(yè)設(shè)計小結(jié) ................................................ 52 本科畢業(yè)設(shè)計論文 5 第一章 緒論 微型飛行器簡介 微型無人飛行器是一種新概念 飛行器 ， 因為有體積小、重量輕、成本低、攜帶方便、飛行高度低、適應(yīng)性強、靈活多變、隱蔽性好，具有起飛降落不需要跑道或者發(fā)射裝置、回收裝置和其他基礎(chǔ)設(shè)施等眾多優(yōu)點 ，對未來軍事作戰(zhàn)產(chǎn)生深遠影響。它有體積小、重量輕、攜帶方便、成本低等眾多優(yōu)點，因此它有廣泛的應(yīng)用前景。最后針對選定柔性翼方案，分析了柔性機翼飛行器的實際抗風(fēng)能力及其振動特性和起降安全特性。以美國 Florida 大學(xué)的 UF，“臭鼬 ”研制組及通用電氣公司的“微型星”，加利福尼亞技術(shù)學(xué)院與瓦伊倫門特航空公司及洛杉磯大學(xué)共同研究的“微型蝙蝠”，荷蘭科學(xué)家研制的代夫爾微型攝影飛行器等微型飛行器 . 圖 11 微型飛行器 微型飛行器的研制現(xiàn)階段的關(guān)鍵技術(shù)在于低雷諾數(shù)條件下飛行器尺寸小且重量輕，要求在能完成任務(wù)的前提下，保證有小尺寸和輕重量等特點，而且要協(xié)調(diào)動力能源系統(tǒng)和通訊控制 裝配。因此，在保證飛行安全的的前提下，給微型無人飛行器裝上柔性材料制成的機翼，使得機翼在受到突風(fēng)干擾時產(chǎn)生較大的形變，降低附加的升力及控制力矩 等，達到提高飛行器抗突風(fēng)的能力，從而使微型飛行器能更加適應(yīng)多變的戰(zhàn)場環(huán)境。 本文內(nèi)容介紹 本文針對的是就微型垂直起降飛行器的自身特點來結(jié)合柔性翼的 抗風(fēng)特性，靈活的綜合兩大特色來提高微型飛行器的適應(yīng)性和生存能力。在空