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《含有SMA彈簧驅(qū)動器的可變傾斜角翼梢小翼研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan．252012VoI．33No．122．33ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．cn文章編號：1000-6893(2012)01—0022—12含有SMA彈簧驅(qū)動器的可變傾斜角翼梢小翼研究李偉1，熊克1’*，陳宏2，張緒2，蘇永剛1，任智毅31．南京航空航天大學(xué)機械結(jié)構(gòu)力學(xué)與控制國家重點實驗室，江蘇南京2100162．中國商飛上海飛機設(shè)計研
2、究院，上海2002323．南京航空航天大學(xué)飛機設(shè)計技術(shù)研究所，江蘇南京210016摘要：針對傳統(tǒng)翼梢小翼在非設(shè)計狀態(tài)減阻效果不佳的缺點，提出一種含有形狀記憶合金(SMA)彈簧驅(qū)動器的變體翼梢小翼結(jié)構(gòu)，它能根據(jù)飛行狀態(tài)主動調(diào)整小翼的傾斜角，實時優(yōu)化飛機的阻力特性。采用力一熱一應(yīng)變耦合法設(shè)計了所需的SMA彈簧驅(qū)動器，并通過有限元仿真與風(fēng)洞試驗驗證了變體翼梢小翼的變形能力，最后初步研究了變體翼梢小翼的閉環(huán)控制方法。研究結(jié)果表明，在飛機的起飛階段(自由來流流速為26m／s，迎角為3。)，變體翼梢小翼的傾斜角能在1
3、rain內(nèi)自主完成預(yù)定變化過程，傾斜角的最大變化量為23。，控制精度的最大誤差為12％，各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：減阻技術(shù)；自適應(yīng)系統(tǒng)；機翼；形狀記憶效應(yīng)；彈簧；驅(qū)動器中圖分類號：V224．3文獻標(biāo)識碼：A現(xiàn)代航空運輸業(yè)為了節(jié)約運營成本亟需降低飛機的油耗，減阻技術(shù)是解決這一問題的有效途徑。對大型飛機而言，誘導(dǎo)阻力是總阻力的主要組成部分，在巡航階段約占總阻力的40％，而在起飛、爬升階段甚至達到50％～70％[1‘2]，因此降低誘導(dǎo)阻力對飛機減阻具有重要意義。翼梢小翼能降低機翼的誘導(dǎo)阻力[3-43，在翼
4、梢小翼的所有參數(shù)中傾斜角對減阻效果影響較大[5’6]。目前，翼梢小翼僅針對巡航狀態(tài)設(shè)計[7]，小翼的幾何參數(shù)和布局方式僅針對巡航階段的阻力特性進行優(yōu)化，而在起飛、爬升等非設(shè)計狀態(tài)減阻效果不佳。特別是對于短距離航線而言，起飛、爬升占總航時的比重較大，翼梢小翼帶來的經(jīng)濟效益并不明顯。變體翼梢小翼能克服傳統(tǒng)翼梢小翼在非設(shè)計狀態(tài)性能較低的缺點，它能根據(jù)飛行狀態(tài)實時改變幾何外形與參數(shù)，在整個飛行包線內(nèi)為飛機提供最優(yōu)減阻效果[8]。例如，起飛時增大傾斜角，可最大限度降低誘導(dǎo)阻力，使飛機能以較小推力起飛，從而降低燃油消
5、耗和發(fā)動機噪聲。當(dāng)飛機到達巡航高度時再回到初始設(shè)計狀態(tài)，優(yōu)化巡航階段的阻力特性。變體翼梢小翼甚至還可作為氣動舵面，控制飛機實現(xiàn)滾轉(zhuǎn)和偏航機動r9‘。國外已對變體翼梢小翼相關(guān)技術(shù)展開研究。美國波音公司開發(fā)了基于形狀記憶合金(SMA)板和SMA扭力管的變體翼梢小翼，小翼的傾斜角和扭轉(zhuǎn)角能根據(jù)飛行狀態(tài)主動變化Ll?。歐洲空中客車公司與英國Bristol大學(xué)聯(lián)合開展了“morphlet”項目，采用伺服電機作為驅(qū)動器控制翼梢小翼傾斜角的動態(tài)變化，在起飛階段可將升阻比提高3％[8]。國內(nèi)目前對變體翼梢小翼的研究較少，
6、僅收稿日期：2011-05-05；退修日期：2011-06．16；錄用日期：2011—10．10；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2011—10—3110：56網(wǎng)絡(luò)出版地址：州．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20111031．1056．002．hhlDOI：CNKI：11-1929／V．20111031．1056．002基金項目：國家自然科學(xué)摹金(90605003)*通訊作者．Tel．：025-84891502E-mail：kxiong@r啪a．e山．∞飄兩搭武lLiW·XiongK．Che
7、nH·etal．ResearchOnvariablecantanglewingletswithshapememoryalloyspringactuators．ActaAeronau-ticaetAstronauticaSinica．2012．33t1)：22—33．李偉．蒸克．睬宏，等．舍番SMA彈簧驅(qū)動器的可變傾斜角翼捎小翼研究．航空學(xué)報。20T2．33(1)：22-33．李偉等z古有SMA彈簧驕動器的可坐傾斜角冀梢小翼研兜兩北丁業(yè)大學(xué)的司亮通過數(shù)值模擬方法研究了翼梢小翼后緣安裝舵面對機翼氣動特性的影響
8、【?，而有關(guān)變體翼梢小翼驅(qū)動技術(shù)的研究還未見報道。本文以波音747400的翼梢小翼為例，采用計算流體力學(xué)(CFD)分析起飛階段所需的最佳傾斜角，確定了傾斜角的最佳變化范圍。在此基礎(chǔ)上提出一種含有SMA彈簧驅(qū)動器的可變傾斜角翼梢小翼結(jié)構(gòu)。采用力一熱一應(yīng)變耦合法設(shè)計了所需的SMA彈簧驅(qū)動器，通過變載荷試驗研究了SMA彈簧的力一電一熱耦合特性。隨后建立了可變傾斜角翼梢小翼的有限元模型，分析了小翼的變形能力與控制電流的關(guān)系，對比風(fēng)洞試
