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1、智能飞行器技术,报告内容,智能变体飞行器发展需求与历史 智能变体飞行器研究方法 已开展的工作介绍 结论,人类的飞行世纪,1903年莱特兄弟“飞行者一号”,1942年 第一架喷气飞机Me-262,1952年第一架喷气客机“彗星”,第一架商业成功运营客机波音707,前五十年走进喷气时代,人类的飞行世纪,后五十年大型化、高速化,最大的客机-A380，2005年,最快的客机-“协和”，1969年,最大的飞机-An225，载重250t,无人机，2003年,人类的飞行世纪,新一代作战飞行器高隐身性能、高机动性,美国F-22，1990年首飞,美国F-35，2006年首飞,俄罗斯T-50，2010年首飞,中国
2、J-20，2011年首飞,人类的飞行世纪,未来的发展？,X43高超声速飞行器,X45无人攻击机,SAI-SAX40静音飞行器,X50新概念飞行器,NASA的构想,捕食者 侦察、攻击,全球鹰 长航时侦察,X45 攻击、高隐身能力,智能变体飞行器,任务自适应、提高飞行性能,智能变体飞行器的概念,智能变体飞行器的概念,智能变体飞行器的概念,变体飞行器发展历史-鸟类的启示,起飞,翱翔,低空飞行,减速飞行,着陆,转向,变体飞行器发展历史,可收放式起落架,增升装置,变后掠翼,可变倾角机头,倾转旋翼,推力矢量喷口,刚性变体形式,变体飞行器发展历史,AFTI/F111验证机,BAC 1-11试验机与自适应机翼
3、剖面,柔性变体形式-任务自适应机翼,变体飞行器发展历史,柔性变体形式-主动气动弹性机翼,变体飞行器发展历史,柔性变体形式-NASA兰利的方案,变体飞行器发展历史,柔性变体形式-变体飞行器结构（MAS）,NextGen 滑动蒙皮方案,Lockhead Martin 旋转/折叠机翼方案,智能变体飞行器的概念,变体飞行器的涵义：NASA:“变体”（Morphing）=高效、多点适应性。高效（与传统飞行器相比）：结构更简单、重量效率更高、能量效率更高、容积效率更高；多点：多种任务剖面；适应性：功能扩展及在多种飞行条件下保持最优性能。DARPA和AFRL:“变体”=状态可变。NATO：“变体”=实时自适
4、应以在多种飞行条件下保持性能最优。,智能变体飞行器的概念,“智能变体飞行器”将新型智能材料、新型作动器、激励器、传感器无缝隙地综合应用到飞行器的机翼上，通过应用灵敏的传感器和作动器，对不断改变的飞行条件做出响应，光滑而持续地改变机翼的形状，使飞行器始终保持最佳的性能和执行多种形式的作战任务。通过智能变体技术，可实现：提高飞行品质，扩展飞行包线；代替常规控制面，提高飞行控制性能和隐身能力；减小阻力，增加航程；减小振动影响，实现颤振主动控制。,智能变体飞行器研究方法,学科研究方法-材料/结构-流体力学-控制-气动弹性,变体飞行器研究方法,系统研究方法-任务需求分析-概念设计方法-多学科设计优化,智
5、能结构力学流场控制智能控制多场耦合分析多尺度分析,智能变体飞行器研究方法,任务需求分析：需要解决的问题：为什么要使用变体飞行器技术？何时使用？并不是在所有的情况下使用变体飞行器技术都是最高效的。,重量费用,性能,Trade-off,智能变体飞行器研究方法,智能变体飞行器研究方法-概念设计,Buckle-Wing concept,Flexible multi-body concept,Variable gull-wing concept,智能变体飞行器研究方法-概念设计,Telescoping-Wing concept,Swing Wing concept,Aft sweeping Wing c
6、oncept,智能变体飞行器研究方法-MDO,智能变体飞行器的构想主要来源于仿生，精髓是集成，即知识集成、技术集成、结构集成、系统集成。智能变体飞行器研制中涉及的主要问题包括变形体空气动力学、微流体力学、智能流动控制等,对发动机推进、新材料、新结构、新工艺、控制技术、测量技术、电子设备、新型高效能源技术等方面也提出了更高的要求和新的挑战。为了使基于智能结构的飞行器的性能达到最优，针对智能结构的对传感器和驱动器的位置、控制器参数、结构参数、翼形变化的规律进行多学科综合优化设计的方法展开研究。,智能变体飞行器研究方法-MDO,总体参数优化,多学科设计优化,序列优化设计,目标,目标,总体参数优化包含
7、多个学科分析模型简单适用范围有限在一台计算机上,序列优化设计分析模型的精度较高串行模式，周期长自动化程度低难于获得整体最优解,多学科设计优化 包含多个学科，整体最优 采用高精度的分析模型适用于新概念飞行器分布式计算模式,飞行器MDO是飞行器传统优化方法的新发展,智能变体飞行器研究方法-MDO,非线性CFD/CSD优化流程图,智能变体飞行器研究方法-MDO,气动/结构/动力学耦合分析Jamshid A.Samareh等，2007,智能变体飞行器研究方法,需求：大尺度变形；轻质；高强度比；高效驱动器,变形机构,变后掠翼飞机使用的枢轴机构依然有应用前景,传动机构是实现机翼伸展和折叠变形的关键,自适应
8、结构,主动桁架结构是实现机翼平面变形的关键,各种改变翼肋形状的结构可以实现翼型和机翼弯度的改变,多功能材料,压电材料特点：贴片形式小应变快速响应结构完整性,压电陶瓷材料改变机翼形状,多功能材料,形状记忆合金特点大应变低速响应热激励,形状记忆合金驱动器改变机翼剖面形状,形状记忆合金发动机罩后缘：降噪、降低热辐射,多功能材料,形状记忆聚合物多稳态材料电/磁流变液材料超磁致伸缩材料,智能蒙皮,智能蒙皮是在飞行器蒙皮中植入传感元件、驱动元件和微处理控制系统，从而实现流体边界层控制等功能。智能蒙皮通过控制把边界层维持层流状态，或者对湍流进行控制，大大减小飞行器飞行中的阻力，延迟在机翼的空气流动分离，从而
9、提高飞行器性能，减小燃料的消耗。,智能蒙皮,通过各种新型的智能材料实现蒙皮的自适应性,柔性蜂窝蒙皮（零/负刚度、泊松比材料）,智能驱动器,由于变形飞行器需要在高速飞行下在很短的时间 内完成机翼形状的改变，因此需要高效、轻质、高可靠性的新型驱动器来完成飞行器外形的改变。同时，驱动器的布置，即如何实现均匀传送载荷的分布式驱动器系统也是研究的重点。,机翼折叠,智能驱动器,真正的变形飞行器是新型变形机构、自适应结构、智能材料、智能驱动器无缝地综合应用与飞行器的一种新的设计理念。,洛马公司MAS方案通过高效压电驱动器、转动机构、可伸展蒙皮实现,智能驱动器,新一代公司MAS方案通过分布式驱动器、主动桁架结
10、构、可滑动蒙皮实现,智能变体飞行器研究方法-流场控制,机翼后缘自适应结构可以代替铰链连接的传统控制面，实现流场控制，改善后缘气流特性，降低噪声，改善隐身性能，提高操纵品质。,智能变体飞行器研究方法-多体动力学分析,可变形结构多场耦合的非线性力学与控制的建模与仿真，实现更高精度和柔性的动态变形过程控制建模与仿真。-Brian Sanders等，2006年,智能变体飞行器研究方法-控制系统,外形控制,飞行控制,机械动力学系统的建模、简化与控制；智能结构的精确动态形状控制；共享信道的大规模分布式系统的协调控制；非线性气动弹性与主动变形耦合系统的控制；变体飞行器的多体系统建模与简化；变体飞行器飞行控制
11、技术。,关键技术：,未来大型飞机应用,起落架收起,起落架放下,主要噪声源：起落架、增升装置、离散操纵面等,离散操纵面,连续操纵面,降噪,未来大型飞机应用,智能变体技术,提高燃油效率，减少废弃物排放,以上数据基于空客A340-Wolfgang Schneider,EADS Airbus,开展的工作,开展的工作,任务需求分析：变后掠翼：在不同飞行速度下保持最优气动外形；可伸缩机翼：改变机翼面积、改变展弦比获得最优气动外形，不对称伸缩可实现滚转控制。在已有的技术上重新设计机构、减轻机构重量。,不同气动布局下的最大升阻比,开展的工作,试飞模型,外翼和可伸缩内翼,变形机构,开展的工作,CATIA数字样机模型,开展的工作,地面变形,开展的工作,试飞现场空中变形,总结,智能变体飞行器有诸多优势：扩充飞行包线，适应多任务模式替换操纵面，改善飞行性能和隐身能力减小阻力，增大航程减振，实现颤振主动控制 智能变体飞行器的研究方法主要从两方面出发：系统分析方法各学科分析方法 变体飞行器并不是在所有的情况下都是最好的选择，必须对飞行器的任务需求做好分析；,总结,集成、耦合是变体飞行器技术的主要特点；材料/结构依然是制约变体飞行器发展的主要因素；各学科都将面临新的挑战：使用非常规设计方法提高飞行器的效率；智能飞行器技术将大大推动飞行器设计技术的的发展。,Thank You!,
