機翼可折疊的飛翼布局飛行器驗證機

熊邦++王蔚澤++徐顯超

摘要：飛翼布局飛行器擁有很高的氣動效率，常規飛翼布局飛行器無法安裝大襟翼，使得飛機的起降與巡航效率之間相互矛盾.設計一款機翼可以在空中向下折疊的飛行器，起飛降落階段，機翼展開，使得飛機的起降距離減短；在巡航階段，機翼折疊收起，減少阻力，提高巡航效率。對驗證機進行FULENT氣動分析，隨著飛行速度的增加，折疊狀態下的升阻比大于展開的狀態，氣動效果明顯提升。

關鍵詞：飛翼布局 變體 氣動

中圖分類號：V21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1緒論

1.1機翼可折疊的飛翼布局無人機簡介

飛翼布局飛行器擁有很高的氣動效率，但飛翼布局飛行器不能像常規飛行器一樣在機翼后緣安裝巨大的增升裝置，為了保證氣動效率，把翼面積做小，這使得飛翼布局飛行器起降品質降低。要保證起降品質，把翼面積做大，但氣動效率有會大打折扣[1]。

變體飛行器分為多種形式。主要有主動氣動彈性機翼（AAW）、滑動蒙皮機翼、壓縮機翼、折疊機翼。在這里我們研究的是折疊機翼形式。

1.2本文研究內容

國內外所研究的可折疊的變體飛行器都是以機翼向上折疊，在飛機起飛的時候基于打開，飛機巡航的時候機翼向上折疊減阻，而本文所做的工作是機翼向下折疊，翼面積變化大，帶來的效果更明顯，但其難度系數更大。機翼折疊圖1如下。

圖1 機翼折疊前、后的CATIA圖

2飛機的設計

為了使得飛機的總體重量更輕，整機的設計重量控制在3.5Kg，對于機身，機翼的制造上的選材，泡沫塑料，利用熱切割技術把飛機的外形切出來，然后在表面刷上玻璃纖維，最后對其機翼進行沖真空加熱，做出來的機翼強度大，質量輕。

變體飛行器由于飛翼布局，整架飛機就是以整塊的機翼組成的，而為了實現機翼的折疊，在外機翼和內機翼之間我們需要安裝4個驅動器，驅動器是折疊機翼的核心部分[2]，過重的驅動器使得優勢不明顯，過于單薄的驅動器又將使得飛機安全性降低，所以，驅動器是該飛機的重點和難點。以往的變體飛行器，驅動器占飛機重量比重較大，導致優勢不明顯，一架飛機有四個關節共需要四個，減少折疊驅動器自重是實現高效飛行的關鍵。驅動器的構型為電機驅動，渦輪蝸桿減速，重量不大于300g每個，其設計扭矩為2*m*l*g，m為飛行器起飛重量，單位公斤；l為機翼展向的氣動重心到驅動器的展向距離，單位米。g為重力加速度。

3 FLUENT軟件分析結果

飛機的機翼折疊和展開的狀態在FLUENT中的計算分析[3]，如圖2所示。

圖2 不同狀態下的機翼FLUENT分析

圖3 機翼展開、折疊狀態升阻比隨速度變化圖

有上述圖3可知，當飛行速度大時，折疊狀態升阻比提高，飛行速度在14m/s時折疊狀態的升阻比超過了展開狀態的升阻比，當飛行速度達到25m/s時，折疊狀態升阻比達到展開狀態升阻比的1.66倍。

4 應用前景分析

運用此變體飛行器作為航拍、測繪等工作，在不同的任務階段，飛機可以通過折疊和展開來達到最優飛行狀態，使飛行器可以長時間續航，更好的完成任務。

5 結論

本文的特點在于不同于常規的民用飛行器通過大襟翼來作為主要增升裝置，此變體飛機而是通過展開、折疊機翼來增升，解決了飛翼布局飛行器無法通過大襟翼增升的問題。目前我國所研究的折疊翼飛行器都是向上折疊，而我們的是向下折疊，翼面積的變化更大，增升效果更顯著。對驗證機進行FULENT氣動分析，在飛行巡航狀態下，折疊狀態的升阻比大于展開的狀態，氣動效果明顯提升，說明了理論效果與設計思路相一致，對于未來變體飛行器的發展進行了積極的探索。

參考文獻

[1] 王學健. 中國要不要造變體飛機 [J]. 發明與創新，2009，08：15-16.

[2]朱華.劉衛東.變體飛行器及其變形驅動技術[J].機械制造與自動化，2010，07：11-12

[3]莊知龍. 基于CFD的變體飛行器變形過程氣動特性及控制問題研究[D]. 南京航空航天大學， 2012.