柔性后缘单索传动机构的设计与分析

为满足柔性后缘结构空间的限制条件,设计一种用于驱动柔性后缘变形的单索传动机构.建立基板和单索耦合的非线性微分方程,给出了求解方法和具体算例.分析结果表明:所设计的单索传动机构可以实现后缘结构在0°和20°偏角范围内的任意变形,偏转角和驱动力之间以及偏转角和索位移之间均具有较好的线性关系;索施加在各个限位滑轮上的压力随着后缘偏转角的增加而增大,作用在限位滑轮的最大压力仅为输入力的20%左右.所研究的成果可为柔性后缘的驱动结构设计提供一定的理论依据.     

弹性耦合对直升机复合材料桨叶稳定性的影响

研究了弹性耦合对复合材料桨叶动特性和气弹稳定性的影响, 所采用的结构模型考虑了剪切变形、剖面面外翘曲变形和复合材料弹性耦合。推导出同时考虑剪切和翘曲影响的小应变、中等变形梁的应变2位移关系,并构造出21 个自由度梁单元, 应用Hamilton 原理推导出桨叶运动的有限元方程。在此基础上, 对三种不同构型的复合材料桨叶进行固有频率计算和气弹稳定性分析。计算结果表明: 尽管复合材料弹性耦合对桨叶固有频率的影响非常小, 但却改变了固有振型分布, 使桨叶挥舞-摆振-扭转运动之间存在耦合; 弹性耦合对桨叶气弹稳定性有很大的影响; 正的挥舞2扭转耦合使得摆振一阶稳定性增加, 负的挥舞2扭转耦合却使摆振一阶稳定性下降。      

压电纤维复合材料桨叶的动力学建模

建立了压电纤维复合材料桨叶的非线性动力学模型。在此基础上,研究了压电纤维铺层对复合材料桨叶固有频率和桨叶扭转运动阻尼特性的影响。计算结果表明：桨叶扭转角变化量随着压电纤维施加电压的增加而增大;当电压为1000 V时,桨尖扭转角变化量大约为2°。压电纤维铺层对桨叶固有频率几乎没有影响,其存在不会改变原设计复合材料桨叶的频率分布。当压电纤维铺设方向与桨叶展向成45°时,其对桨叶扭转方向的阻尼特性有着很大的影响;采用适当的电压控制,可以明显增加扭转方向的阻尼。     

柔性翼型的气动弹性建模与颤振特性分析

运用Hamilton原理推导了柔性翼型的沉浮-俯仰-弦向弯曲三自由度运动方程,给出了考虑弦向弯曲变形的平板薄翼作简谐运动时非定常气动力的解析表达式,建立了柔性翼型的气动弹性模型．在此基础上,研究了柔性平板薄翼的颤振特性．结果表明:对于平板薄翼而言,单一的弦向弯曲运动是不稳定的．对于给定的沉浮和俯仰振动频率,平板薄翼的颤振速度和其弦向弯曲振动频率有着很大关系．当弦向弯曲振动频率小于俯仰振动频率时,发生颤振的是弦向弯曲分支,颤振速度远小于沉浮-俯仰经典模型的预测值;当弦向弯曲振动频率为俯仰的2.5倍时,弦向弯曲和俯仰分支同时发生颤振;当弦向弯曲振动频率大于俯仰的2.5倍时,发生颤振的分支转为俯仰;当弦向弯曲振动频率大于俯仰的5倍时,沉浮-俯仰-弦向弯曲模型与传统二自由度模型的预测值几乎相等．     

Design and test of pneumatic artificial muscle driven variable trailing-edge camber wing

A variable camber wing driven by pneumatic artificial muscles is developed in this paper. Firstly, the experimental setup to measure the static output force of pneumatic artificial muscle is designed and the relationship between the static output force and the air pressure is investigated. Experimental results show that the static output force of pneumatic artificial muscle decreases nonlinearly with the increase of contraction ratio. Secondly, the model of variable camber wing driven by pneumatic artificial muscles is manufactured to validate the variable camber concept. Finally, wind tunnel tests are conducted in the low speed wind tunnel. It is found that the wing camber increases with the increase of air pressure. When the air pressure of PAMs is 0.4 MPa and 0.5 MPa, the tip displacement of the trailing-edge is 3 mm and 5 mm, respectively. The lift of aerofoil with flexible trailing-edge increases by 87% at AOA of 5°.     

关节式准柔性后缘翼型的气动特性分析

采用面元法研究了翼面压力分布和关节数量之间的关系,同时也研究了后缘偏角、俯仰力矩系数和转轴力矩随着后缘关节数量的变化规律.计算结果表明:后缘的关节数越多,相对偏转角越小,翼型表面曲率的突变程度越低,相应表面的压力趋于平缓;但多关节式后缘无法克服柔性后缘带来的俯仰力矩偏大的问题,而且转轴力矩随着关节数的增加而逐渐增大。     

新型三元层状硼化物Cr4AlB4的物相稳定性和力学行为分析

Cr₄AlB₄是一种近期发现的三元层状硼化物MAB相陶瓷。该材料可形成具有保护性的氧化膜, 在高温结构材料领域有巨大应用潜力。本工作采用基于第一性原理的“线性优化法”和“键刚度”理论模型分别研究了Cr₄AlB₄的物相稳定性和力学行为。声子谱中没有虚频出现, 表明Cr₄AlB₄具有本征稳定性。而与其它Cr-Al-B系内的竞争相相比, Cr₄AlB₄具有最低的能量, 表明其在热力学上也是稳定的。采用“键刚度”模型对化学键刚度的定量计算显示, Cr₄AlB₄中Cr和B以及B和B原子之间形成了强共价键, 而Cr和Al原子则形成相对较弱的Cr-Al(625 GPa)和 B-Al(574 GPa)键。Cr₄AlB₄可以看成是由强共价键紧密连接在一起的Cr-B结构单元, 被弱Cr(B)-Al键分割而成的层状结构, 与MAX相结构类似。Cr₄AlB₄具有类似于MAX相的高损伤容限和断裂韧性。     

复合式柔性蒙皮的弹性表皮和蜂窝夹芯连接方案设计

面向变体飞行器的复合式柔性蒙皮,针对其弹性表皮和蜂窝夹芯连接强度较低的问题,提出了“二步胶接”的连接设计方案,其首先将氨纶纤维布与蜂窝通过环氧树脂结构胶进行胶接,然后将硅橡胶板与氨纶纤维布通过硅橡胶粘接剂进行胶接,并给出了工艺制备方法。最后,分别制备了“二步胶接”实验件和“直接胶接”实验件,并开展了连结强度实验和对比分析,结果表明,“二步胶接”实验件的连接强度是“直接胶接”实验件的5倍,此方案可以为柔性蒙皮的连接设计提供参考。     

带后缘附翼的桨叶气动扭转变形特性

针对修正的Greensberg准定常气动理论建立了带后缘附翼的桨叶运动方程.在此基础上,研究了不同的附翼偏角下桨叶扭转角沿着展向的分布规律,同时,也研究了不同的附翼偏转角下桨叶挥舞方向的变形情况.数值结果表明:当附翼偏转角为6°时,桨尖的扭转角为-3.8°;当附翼偏转角为-6°时,桨尖的扭转角为3°.附翼偏转角对桨叶挥舞方向的变形也有很大的影响,当附翼偏转角为6°时,桨尖挥舞位移为0.16R,比附翼无偏转时减少了50.8%.因此,通过后缘附翼的偏转使桨叶产生扭转变形在理论上是可行的.