機翼可折疊的飛翼布局飛行器驗證機

熊邦++王蔚澤++徐顯超

摘要：飛翼布局飛行器擁有很高的氣動效率，常規(guī)飛翼布局飛行器無法安裝大襟翼，使得飛機的起降與巡航效率之間相互矛盾.設計一款機翼可以在空中向下折疊的飛行器，起飛降落階段，機翼展開，使得飛機的起降距離減短；在巡航階段，機翼折疊收起，減少阻力，提高巡航效率。對驗證機進行FULENT氣動分析，隨著飛行速度的增加，折疊狀態(tài)下的升阻比大于展開的狀態(tài)，氣動效果明顯提升。

關鍵詞：飛翼布局 變體 氣動

中圖分類號：V21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1緒論

1.1機翼可折疊的飛翼布局無人機簡介

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

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

1.2本文研究內容

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

圖1 機翼折疊前、后的CATIA圖

2飛機的設計

為了使得飛機的總體重量更輕，整機的設計重量控制在3.5Kg，對于機身，機翼的制造上的選材，泡沫塑料，利用熱切割技術把飛機的外形切出來，然后在表面刷上玻璃纖維，最后對其機翼進行沖真空加熱，做出來的機翼強度大，質量輕。

變體飛行器由于飛翼布局，整架飛機就是以整塊的機翼組成的，而為了實現(xiàn)機翼的折疊，在外機翼和內機翼之間我們需要安裝4個驅動器，驅動器是折疊機翼的核心部分[2]，過重的驅動器使得優(yōu)勢不明顯，過于單薄的驅動器又將使得飛機安全性降低，所以，驅動器是該飛機的重點和難點。以往的變體飛行器，驅動器占飛機重量比重較大，導致優(yōu)勢不明顯，一架飛機有四個關節(jié)共需要四個，減少折疊驅動器自重是實現(xiàn)高效飛行的關鍵。驅動器的構型為電機驅動，渦輪蝸桿減速，重量不大于300g每個，其設計扭矩為2*m*l*g，m為飛行器起飛重量，單位公斤；l為機翼展向的氣動重心到驅動器的展向距離，單位米。g為重力加速度。

3 FLUENT軟件分析結果

飛機的機翼折疊和展開的狀態(tài)在FLUENT中的計算分析[3]，如圖2所示。

圖2 不同狀態(tài)下的機翼FLUENT分析

圖3 機翼展開、折疊狀態(tài)升阻比隨速度變化圖

有上述圖3可知，當飛行速度大時，折疊狀態(tài)升阻比提高，飛行速度在14m/s時折疊狀態(tài)的升阻比超過了展開狀態(tài)的升阻比，當飛行速度達到25m/s時，折疊狀態(tài)升阻比達到展開狀態(tài)升阻比的1.66倍。

4 應用前景分析

運用此變體飛行器作為航拍、測繪等工作，在不同的任務階段，飛機可以通過折疊和展開來達到最優(yōu)飛行狀態(tài)，使飛行器可以長時間續(xù)航，更好的完成任務。

5 結論

本文的特點在于不同于常規(guī)的民用飛行器通過大襟翼來作為主要增升裝置，此變體飛機而是通過展開、折疊機翼來增升，解決了飛翼布局飛行器無法通過大襟翼增升的問題。目前我國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。對驗證機進行FULENT氣動分析，在飛行巡航狀態(tài)下，折疊狀態(tài)的升阻比大于展開的狀態(tài)，氣動效果明顯提升，說明了理論效果與設計思路相一致，對于未來變體飛行器的發(fā)展進行了積極的探索。

參考文獻

[1] 王學健. 中國要不要造變體飛機 [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動技術[J].機械制造與自動化，2010，07：11-12

[3]莊知龍. 基于CFD的變體飛行器變形過程氣動特性及控制問題研究[D]. 南京航空航天大學， 2012.