發(fā)布時間：2020-05-06 08:47

【摘要】：基于智能材料和結構的變體飛機是未來先進飛行器的主要發(fā)展方向之一,而柔性蒙皮的設計又是實現(xiàn)變體飛機的一大關鍵技術。本文主要針對三元鼓包進氣道可調以及機翼變體方案開展了相應的柔性蒙皮設計與研究工作,開發(fā)滿足變形和承載等需求的柔性蒙皮,為變體飛機提供光滑連續(xù)的變形,并能夠承受和傳遞氣動載荷。針對柔性蒙皮的變形和承載需求,本文設計了一種由半圓弧周期性排列而成的圓彈簧纖維,并提出了一種基于圓彈簧纖維的復合材料。采用代表體元法對其力學性能進行研究,推導了單層板各項等效彈性系數(shù)。在圓彈簧纖維復合材料單層板的基礎上,進一步研究了四層對稱層合板的面內拉伸行為和面外彎曲特性,給出其拉伸變形等效模量以及彎曲變形撓度。通過MATLAB軟件和ABAQUS有限元軟件建立圓彈簧纖維復合材料的有限元模型并進行力學性能仿真,仿真結果展示了圓彈簧纖維復合材料的拉伸彈性系數(shù)的變化規(guī)律。針對鼓包進氣道變形及承載需求,研究了一種基于圓彈簧纖維復合材料的柔性蒙皮鼓包。將柔性蒙皮附著在鼓包進氣道上,提出了一種基于柔性蒙皮的自適應鼓包進氣道方案,通過內部充壓的方式實現(xiàn)鼓包的變形。建立基于圓彈簧纖維復合材料的柔性蒙皮鼓包模型,初步分析柔性蒙皮鼓包的變形能力以及內部充壓需求,并引入外載荷工況,進一步明確內部載荷大小。針對可變形蜂窩柔性蒙皮的變形需求,開展了零泊松比混合十字形蜂窩的力學性能研究。對十字形蜂窩結構形式進行優(yōu)化設計,分析了一種零泊松比混合十字形蜂窩結構力學性能,并結合有限元仿真方法和實驗驗證了理論模型的正確性。
【圖文】：

中改變氣動外形，如機翼面積、展弦比和后掠角等，使飛機在不同飛行狀態(tài)下性能保持最佳的飛行器。與常規(guī)固定布局飛機相比，變體飛機的飛行包線更寬，作戰(zhàn)效能更高，它能夠根據(jù)飛行環(huán)境、飛行剖面以及作戰(zhàn)任務等需要，自主地改變氣動構型，優(yōu)化飛行性能。圖1.1展示了美國航空航天局（NASA）設想的未來智能變體飛機概念，它集中反映了智能變體技術與仿生思想的完美結合。變體飛機很大程度上提高了飛行器的綜合性能，成為未來飛行器發(fā)展的重要方向之一[1-3]。圖 1. 1 變體飛機概念變體飛機概念的出現(xiàn)，意味著對飛行器的結構提出了更多的要求，如輕質、高可靠性、高維護性、高生存能力。傳統(tǒng)的機械液壓系統(tǒng)并不能很好的滿足變體飛機的要求，使用智能材料結構是明智的選擇，也是大勢所趨的結果。智能材料結構是指將具有仿生命功能的材料融合于基體材料中, 使制成的構件具有人們期望的智能功能的一種新型結構材料概念。智能材料結構能量密度高、剛度可變、易于控制、能夠承受大應變，這些特性為變體飛機的設計提供了新的技術途徑。迄今為止，，智能材料結構已經(jīng)廣泛地應用在各個領域，尤其是航空領域，如智能蒙皮、自適應機翼、振動噪聲控制和結構健康監(jiān)測等

[20-22]；（4）在層板上布置離散筋條，提供加強作用，如圖1.2所示。另外，功能梯度材料作為一種新型非均勻復合材料，常由耐高溫且性能優(yōu)良的工程陶瓷和強度及韌性較好的金屬兩相材料組成，也可以看作變剛度復合材料[23]。以上方法中，改變纖維體積分數(shù)的方式比較單一，能在一定程度上改變材料性能但可設計性不強；局部加層或加筋導致材料形狀發(fā)生突變，引起應力集中等現(xiàn)象；功能梯度材料作為一種新型材料，設計性強，性能好，但是成本高，不適合大范圍應用。采用曲線纖維進行鋪設使得材料剛度在坐標系內連續(xù)變化，而不是依賴附加的加強筋，或是層板不同位置厚度的突然改變，不會引起層合板幾何形狀的變化，并且它的纖維形式增加了鋪設角度變化的可能性
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V214

【參考文獻】

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本文編號：2650999