变体飞机
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平直机翼是最原始的机翼,其优点是升力大,气动构型最简单,控制方便,相应的内部结构少,重量轻,载油系数大,缺点就是因为过于原始,只能低速飞行,无法适应高速状态的复杂气动。
其后开发的是后掠翼,后掠翼是平直翼简易降阻的构型,通过后掠角在尽量保证升力面积的情况下减小阻力,最初级的提速方案。
缺点是初期设计后缘气动性能差,升力小,现代改良的梯形翼则是目前性能最好的常规机翼,主要应用在重型机上。
基于早期后掠翼的问题,采用的解决方案就是三角翼,三角翼优点是在保证了和后掠翼同样的低阻性能的前提下增加了升力面积,并且由于三角形几何特点的先天优势以及先天不用处理翼尖气流分离的问题,三角翼的技术要求和控制难度可谓是和平直翼一样的低,这也是为何大多数中期二代机和二流三代机都使用三角翼的原因。
但是,三角翼由于失速角低,低速性能极差,于是出现了两种变体机翼,一种是前缘双角度的双三角翼,另一种就是能够在近平直后掠翼和类三角翼之间变换的变后掠翼(其本质就是为了获取两种机翼的优点,后来被梯形翼取代,技术难度大,可靠性低,结构死重,难维护,载油系数低,不能挂载武器是变后掠翼的独特缺点),由于三角翼前缘气动过于简单,表面气流速度大(也是其低阻的原因),翼根面积过大,导致其迎角稍大就会出现表面气流分离而失速,为了一定程度上补足这一点,引用二战后期的前置控制面设计出现了“鸭式布局”,其本质就是带涡流辅助面的无尾三角翼布局。
60年代末气动设计水准取得重大突破,其代表是计算机辅助设计和超音速风洞的成功,使得复杂气动和超音速模拟成为可行,在此基础上,前后缘优化角度的梯形翼被设计出来,由于通过精确推算,可以随意确定符合设计性能指标的前缘最佳角度和后缘最佳角度,并且翼尖气流分离的现象也通过计算消除,不需要依靠三角翼的翼尖短距离来原理回避。
梯形翼的优势包线范围被大幅扩大,低阻、大升力、各种空速高度的强适应性使之成为高配三代机的主流机翼,例如F-15的变弯度梯形翼、F-16、F-18、Su-27、MiG-29的常规梯形翼等。
CATIA装配变体设计CATIA是一款著名的三维建模软件,广泛应用于机械设计和工程领域。
在CATIA中,装配是将各个零件组合在一起形成整体的过程。
而装配的变体设计,是指在不改变主装配结构的前提下,通过调整参数或者替换零件,生成不同的装配变体。
本文将介绍CATIA中的装配变体设计的具体操作方法和应用。
一、装配变体设计的概念装配变体设计是为了满足不同的设计需求和客户要求,通过调整零件参数或者替换零件,生成不同的装配变体。
这些装配变体可以是尺寸、材料、零件数量或者形状的差异,可以是不同功能模块的组合,也可以是不同配置的装配。
装配变体设计在产品设计和工艺设计中起到了重要的作用,能够提高设计的灵活性和适应性。
二、装配变体设计的步骤1. 创建主装配首先,需要创建主装配。
一个主装配是由多个零件组成的整体,在主装配中可以定义零件的位置、约束关系和参数。
主装配是装配变体设计的基础,通过调整主装配的参数或者替换零件,可以生成不同的装配变体。
2. 定义参数和公式在主装配中,需要定义参数和公式。
参数是主装配中的可调整的数值,可以用来控制零件的尺寸、位置和形状。
公式是参数之间的数学关系,可以用来描述零件之间的约束关系。
通过定义参数和公式,可以实现主装配的灵活性和可调节性。
3. 创建装配变体在主装配中,可以通过调整参数或者替换零件来创建装配变体。
调整参数可以改变零件的尺寸、位置和形状,实现不同配置的装配变体。
替换零件可以将一个零件替换为另一个具有相同功能的零件,实现不同材料或者不同供应商的装配变体。
通过创建装配变体,可以满足不同的设计需求和客户要求。
4. 分析装配变体在创建装配变体之后,需要对装配变体进行分析。
分析可以包括装配的结构分析、运动分析、碰撞分析和材料分析等。
通过分析装配变体,可以评估装配的性能、可靠性和成本,为设计优化提供依据。
5. 生成装配变体图纸最后,需要根据装配变体生成图纸。
图纸是产品设计的重要输出,可以用于工艺制造和装配检验。
图1 NACA 0014及其后缘变弯度翼型2 有限元计算方法
有限元方法(FEM)是一种将研究对象离散化,将研究区域按一
·63·中国高新科技2019年第49期
图2 二维翼型的有限元模型
本文选择ANSYS Fluent作为计算工具,对翼型所在流场进行气动力的数值计算,采用SIMPLE的二阶迎风格式求解,湍流模型采用S-A(Spalart-Allmaras)模型。
流
场气体为空气,密度1.22kg/m3;边界条件为速度入口边界(Velocity-inlet)与压力出口边界(Pressure-图 3 不同巡航速度条件下升阻特性随后院下偏角度的变化情况
在0.1Ma的飞行速度下,NACA
·64·中国高新科技 2019年第49期
阻比最大,达到最优的油耗与飞行效率。
5 结论
(1)可变弯度后缘的变形机翼可利用后缘下偏获得更大的升力,但同时也会增大阻力;后缘下对应最优下偏角度。
参考文献
[1]马洪忠,徐征,崔秀敏,等.智能变形飞行器技术发展与挑战[C]//第五届中国航空学会青年科技论坛,南昌,2012.
[2] Lim S,Lee S,Park H,et al。
“飞天”简史张文广(西京学院机械工程研1201班)摘要:飞机作为一项重要的交通工具,具有速度快,运输量大等优点。
现在飞机的发展前景依然很大,但是飞机发展历程是什么呢,今后飞机该朝哪个方向发展呢?因此,本文最飞机的发展历程做了大概的总结,所谓以史为鉴可以知兴替,了解飞机的发展历史,对飞机的创新及预测未来的发展趋势有很大的帮助。
关键词:飞机;发动机;飞行工具The brief history of flyingZhangWenGuang(XiJing University mechanical engineering class1201) Abstract: The plane as an important transportation characterized by fast and big volume. It also has a bright future. The history of the aircraft will give us the simple history of the plane and it also offers us the developing direction of it. Realizing the history of the aircraft will help us to predict the development tendency about it.Key words: The plane;engine;flying equipment1 古代人们的飞天梦碧空万里,广阔无垠。
从古至今人们对蓝色苍穹充满好奇,都想飞上天空一睹风采,因此无数诗人雅仕仰望星空作出了无限感慨和遐想以祭奠他们的飞天梦。
神话故事《牛郎织女》、《嫦娥奔月》乘龙跨凤的萧史、弄玉,脚踏风火轮的哪吒,一个筋斗十万八千里的孙悟空都是人类升空愿望的生动反映。
2300多年前,战国诗人屈原在《离骚》中写到:“为余驾飞龙兮,杂瑶象以为车”,意思是我坐上了飞龙拉的玉与象牙制成的车子。
研究背景:变体飞行器结构计划将创造能够使空中飞行器在飞行中改变形状(“变体”)的自适应航空结构系统,这种“变体”与鸟类改变其身体外形以适应其飞形姿态极其类似。
这些自适应结构能够使单一自主的军事飞行器执行众多多种多样且相互冲突的任务,如长时间停留在某一目标的上空,然后变形为可机动的高速攻击形态,以摧毁那些够识别或正在攻击各种空中威胁以达到自我保护的地面目标。
研究成果:变体飞机是一种在飞行中能够充分地改变其外部形状,以适应不断变化的任务环境的多任务飞机。
同不具备改变外形结构的飞机相比,此类变体飞机具有更为出色的系统性能。
美国国防预先研究计划局(DARPA)的变体飞行器结构项目,其目的是论证与传统飞机相比,具有可改变形状机翼的飞机在不同的飞行环境中获得改进性能的价值。
2003年1月,国防预先研究计划局开始实施一项为期两年半的项目计划,其目的是设计和制造起作用的可变形状的机翼结构,该结构具有充分改变机翼外形和机翼面积的能力。
其主要技术目标是研制起作用的机翼结构,以改变机翼形状从而提供良好的空气动力学性能和飞行控制,而这些都是传统机翼不可能做到的。
2006年8月1日,美国国防先期研究计划局(DARPA)成功地进行了MFX-1验证机的飞行试验,该机是一架喷气动力的摇控无人飞机,装有可改变形状的变体机翼。
MFX-1的机翼具有几项广受关注的技术特征,包括独特的可折叠机翼蒙皮面板(该面板在机翼改变形状时能够充分伸展)和一个轻型运动学可移动机翼子结构(该子结构依靠电动装置能够从一种形状变成另一种形状)。
MFX-1验证机的这些机翼特性,能够使飞行中的机翼面积改变40%,同时翼展改变30%,且机翼后掠角从15度变成35度。
此次试飞由下一代航空学(NextGen Aeronautics)公司及其合作方波音公司的“鬼怪工厂”部门一起实施,地点是位于加利福尼亚州罗伯茨营的军事试飞场。
试飞的主要目的是演示变体机翼设计在飞行中的操作、稳定性和控制,以及检验新的试飞程序,包括通信和下一代变体飞机的飞行员技能。
该设计之前已经在国家航空和宇航局的跨音速动力风洞中进行了试验。
此次试飞成功地进行了变体测试,其试飞高度为400至600英尺,速度为100至120节,试飞方式为赛马场式飞行。
飞行中的数据,包括全球定位系统测定的位置和高度,都在机上记录下来。
在验证机的双尾翼和机头处安装有三部摄像机,飞机着陆后能够提供飞行图像以供下载。
在变体飞行器结构的第三阶段,该项目将重点论证变体结构潜在的作战价值,其方式是通过比较具有变体结构的飞机和不变体的飞机在完成受控机动时的性能。
这一为期12个月的项目计划,其目的是论证飞机在飞行中从根本上改变形状并保持完全的飞行控制的能力,以及展示由外形改变所产生的机动飞行性能的价值所在。
机动飞行性能将按照低速飞行改变50%爬升率的能力,以及当以恒定推力和垂直轴‘g’水平低速飞行时至少以2倍方式减小转弯半径的能力来进行评估。
采用不同的机翼形状改变方式的两个承包商小组,将于2007年3月至6月底间进行试飞。
位于加利福尼亚州Palmdale的洛克希德·马丁公司先进发展项目组将对一种机外机翼变体结构进行测试,而下一代航空学公司则将对一种机内机翼变体设计进行测试。
马丁公司的验证机采用无尾翼的构造,装有可收回的起落架,刚性机翼蒙皮面板和twinknuckle状可折叠式机翼。
而下一代航空学公司的飞机则是一种传统的机翼-机身-尾翼样式,装有固定式起落架,双自由度控制机翼面积和后掠翼,机翼采用与一个伞形铰接子结构相连接的柔性蒙皮面板。
成功的论证将为变体自适应多点式设计飞机的未来考虑事项铺平道路,此种设计飞机能够在广泛的任务中获得最佳的性能,并且在飞行中可能具有其独特的机动性。
译自:美国国防预先研究计划局(DARPA)网站
编译:知远/程刚
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延伸阅读:
电子周刊《环球防务报道》:。