论文摘要
近年来,航空航天事业在仿生学、智能材料和现代控制等学科的发展支持下蓬勃发展,智能变形飞行器作为一个新兴的热门概念引发了广泛的关注和研究,智能变形飞行器被认为是集合了空气动力学、飞行力学、智能材料学、现代控制工程学和机械工程学等多个学科的交叉应用,通过改变飞行器的机构和物理外形来提高飞行器的飞行性能,实现高效率、高机动性的自适应变化的智能飞行器。本文以国家科技创新基金——局部轮廓变形对增强细长体飞行器机动性的研究为背景,研究头部局部轮廓变形位置及其大小对飞行器机动性的影响规律。针对可变性飞行器的气动流动机理和演化规律、智能变形技术和实现机制,进行了气动分析、风洞实验和方案设计等方面的深入研究。本文的主体内容如下:首先,对智能飞行器进行调研,通过对近年来国内外智能变形飞行器的发展历史的研究,对智能变形飞行器设计进行总体把握。然后,以通用流体计算软件FLUENT为计算平台,研究多种飞行器头部局部轮廓变形情况在不同来流速度下的气动特性,分析飞行器所受到的气动升力、阻力和偏航力矩系数,得出定性变化规律:头部变形越大,且变形位置越靠近飞行器头部对其偏航特性影响越大,随着飞行速度的增大,头部局部轮廓变形对整体偏航特性影响也越大。之后,通过低速风洞实验,对细长体飞行器模型进行实验分析,验证多种头部鼓包和变截面变形情况对飞行器气动特性的定量影响,由大量的数值模拟仿真和风洞实验结果总结出了飞行器头部局部轮廓变形位置和形状对飞行器机动特性的影响的定量规律结论。最后,根据以上结论,对压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆合金材料等多种智能材料进行分析对比,选择适合细长体飞行器头部小空间变形的材料——形状记忆合金材料。在此基础上,进行形状记忆合金为驱动器的变形机构设计,包括单鼓包变形、多鼓包截面变形和扭转变形机构。