[发明专利]一种基于变弯度柔性后缘的机翼及其阵风响应减缓方法

说明书

本发明公开了一种基于变弯度柔性后缘的机翼阵风响应减缓方法，涉及柔性飞行器阵风减缓控制领域；首先，针对某型机翼设计了一种基于波纹板形式的柔性后缘结构；然后，建立机翼有限元模型得到相应的模态信息。接着，利用observer法辨识由CFD得到的训练数据，建立机翼后缘偏转广义非定常气动力降阶模型；利用面元法计算模态、阵风气动力；利用上述气动力模型和模态信息建立机翼开环阵风响应模型。最后，采用柔性后缘为控制面，以翼尖加速度为反馈输入信号，利用GPC方法计算设计闭环控制律，在开环响应基础上添加闭环回路得到整体机翼阵风响应闭环主动控制系统。本发明采用变弯度柔性后缘减缓机翼阵风响应，能有效减缓阵风响应，较常规机翼在气动特性和结构质量方面具有更大的优势。

技术领域

本发明涉及柔性飞行器设计与阵风减缓领域，具体涉及一种基于变弯度柔性后缘的机翼阵风响应减缓方法。

背景技术

随着主动控制技术在航空技术领域的不断进步，人们逐步意识到结构的柔性在主动控制技术的支持下，可以发挥更大的潜力，由此产生了自适应机翼的概念，相较于传统固定机翼，它能够随马赫数、迎角、大气扰动以及机动飞行等飞行条件的改变而自动改变机翼的形状，从而改变机翼表面流动情况，减少分离，使其在每一个飞行状态下都能获得最大的升阻比和升力系数。由于弯度对升力的重要贡献，在众多变体形式中，变弯度机翼是研究最多的一种变体方式。

飞机在大气中飞行时会受到阵风或大气紊流的影响，引起机体结构模态的弹性振动，而阵风减缓系统则能极大程度上改善这种情况。传统飞行器多采用以刚性后缘偏转，结合闭环控制律实现对阵风的减缓控制。然而传统刚性后缘难以适应不同飞行条件，且结构较重，存在结构间隙与曲率突变，难以保证连续偏转。而变弯度后缘可以在保证机翼表面连续的情况下，实现机翼前后缘的偏转获取需要的操纵力，减小气动阻力与噪声，极大提高气动效率，是未来飞行器发展的重要方向。

现阶段基于变弯度柔性后缘的机翼阵风减缓的现有方法的主要问题在于缺乏应用于阵风减缓的柔性后缘结构工程应用实例；同时后缘的气动力建模主要利用工程近似方法，没有充分考虑连续变弯度后缘大变形非线性的特性，而借助高精度的CFD计算则导致计算周期与难度长大大加强；另外缺乏成熟有效的能够利用连续变弯度机翼后缘进行阵风减缓控制的控制方案。

发明内容

本发明提出一种一种基于变弯度柔性后缘的机翼阵风响应减缓方法，通过气动力降阶建模和控制方案设计环节，实现变弯度后缘阵风减缓控制。该方法包括了一种变弯度后缘结构、一种针对变弯度后缘气动力建模方法以及一套针对变弯度机翼的阵风减缓主动控制方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于连续变弯度后缘的阵风响应减缓方法，其特征在于包括：

步骤一、针对三维机翼，设计一种波纹板形式的变弯度柔性后缘结构；

柔性后缘结构由若干波纹结构组成，前部波纹板添加开缝加筋板，通过榫卯、螺栓连接固定在固定翼段上；柔性蒙皮经过预拉伸，通过波纹板的凸起部位与后缘胶接在一起；柔性后缘采用舵机带动凯夫拉绳驱动的方式，凯夫拉绳穿过波纹板上的两侧通孔，两端将柔性后缘与舵机摇臂连接，舵机通过摇臂带动凯夫拉绳拉动柔性后缘结构，从而实现后缘沿弦向连续光滑上下变弯；

步骤二、建立基于变弯度柔性后缘的机翼开环阵风响应模型；

建立机翼开环阵风响应模型主要包括结构动力学建模与非定常气动力建模两个部分。

采用有限元方法建立机翼及柔性后缘结构、舵机刚度的结构模型，采用模态叠加法建立机翼的结构动力学模型。

变弯度柔性后缘的机翼广义非定常气动力主要可以分为三个部分，由柔性后缘偏转、阵风引起的广义非定常气动力以及机翼模态运动广义非定常气动力；