[发明专利]一种基于斜掠气梁的充气翼

说明书

本发明涉及一种基于斜掠气梁的充气翼，可以应用于飞行器领域。具体包括以下步骤：确定斜掠气梁充气翼基础参数；调整主斜掠气梁截面翼型；以倒圆后的二维翼型为基础，获取单个三维主斜掠气梁，通过阵列构建多个紧密排列的气室，形成多斜掠气梁结构体，并根据展长截取多气梁实体；通过多斜掠气梁实体提取构建斜掠气梁充气翼外表面蒙皮；选取投影平面，通过翼面波纹形状气室交线与投影平面上投影线进行桥接，形成充气翼内部气室拉条；根据翼型端面边线及内部拉条边线进行曲面填充，最终形成充气翼翼梢翼根两端端面。本发明的斜掠气梁充气翼具有更为理想的升阻特性和颤振性能，气动性能得到明显改善。

技术领域

本发明涉及一种基于斜掠气梁的充气翼，可以应用于飞行器领域。

背景技术

充气翼是一种由高强度复合柔性材料制成，内部充入高压气体以保压维形的多气腔充气结构，具有体积灵活可变，结构重量较轻，方便储存携带，易于随时展开，成本较为低廉等显著优势。随着作战需求精细化，飞行器用途多样化发展，充气翼技术将刚性机体与柔性机翼有机结合，刚柔耦合的特点展现出巨大的应用价值，具有军民两用前景。

充气翼的结构设计方法主要包含两种，拉条式充气翼和多气管式充气翼。拉条式充气翼是指一个充气圆管在多个内部拉条的牵引约束下维持外部翼型，气囊内部各气室依然保持相互连通，所以整体机翼承力相对均匀，具备一定能力防止风压变形，抗弯抗扭。多气管式充气翼则是以多个不同半径的充气圆管排列组合作为承力元件，各充气圆管在紧密排列的同时与外表面蒙皮相切维持翼型，与拉条式充气翼相比，各气室间不再连通，机翼稳定性有待进一步提升。

总体而言，目前国内外对充气翼的研究主要以拉条式充气翼为对象。在几何外形上，传统拉条式充气翼气梁沿展向布置，致使其弦向呈现波纹状外形，会导致较大的阻力，致使其飞行包线较窄，难以满足精细化应用需求。同时，相较于传统刚性机翼，充气翼的柔性膜结构也导致其气动弹性效应较为严重。由于充气翼特殊的结构布局与柔性膜结构的强非线性力学行为，充气翼结构与气动学科存在强耦合，面向传统刚性机翼的设计方法难以适用，针对充气翼的气弹设计方法则仍有待进一步发展。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有充气翼构型方案的不足，基于气动弹性剪裁思想，提出了一种基于斜掠气梁的充气翼，改善了充气翼的升阻特性及颤振性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

所述斜掠气梁充气翼，单条气梁与机翼展向呈一定夹角，该夹角称为斜掠角度θ，单条气梁弦向剖面为椭圆形，且区别于传统构型的圆柱型，气梁整体形态为剖面与翼型近似的包络体，同时发挥承载与保持翼型的功能。

所述气梁的斜掠角度θ取值范围为θ∈(0,δ)，斜掠角度θ取值范围通过以下过程获取。

对于确定基础翼型及基础翼型弦长λ_original、展长L的斜掠气梁充气翼，其主要参数为气梁斜掠角度θ和气室间距x，则主斜掠气梁全长λ_new表示为：

斜掠角当θ＝0时，气梁沿展向布置，即为传统整体式充气翼，此时机翼弦向呈现显著波纹状外形，容易产生较大阻力；当时，气梁沿弦向布置，此时机翼虽然沿弦向具备光顺外形，气动阻力最小，但机翼完全不具备抗弯性能，失去实际应用价值。

充气翼基础受力元件为一端固支、内部充有气体以保持刚度、自由端受拉的充气薄膜管，考虑充气薄膜管力情况如下；为了保持刚度，充气薄膜管必须在承受最大弯矩及其它载荷的情况下仍能保持张紧；充气薄膜管根部弯矩最大，即：

M_max＝Fl (0.2)

其中，M_max为充气薄膜管最大弯矩，F为自由端横向载荷，l为充气薄膜管管长；

充气压力对充气薄膜管的弯矩为零，故考虑弯矩时只考虑拉力F产生的弯矩，则有：