变体飞行器变形方式及气动布局设计关键技术研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29595

Abstract

Abstract:

Morphing aircraft， capable of real-time shape deformation according to task requirements and flight conditions to achieve optimal flight performance， has emerged as a significant direction for the future development of aircraft. This paper reviews the research status of deformation modes and key technologies of aerodynamic layout design for morphing aircraft. Firstly， the development of morphing aircraft can be divided into two stages by the progression of time： the mechanical deformation stage and the flexible and muti-dimensional deformation stage. Then， this article summarizes morphing solutions for different parts of the aircraft， namely， the head deformation， wing deformation， power plant deformation， and combined deformation. It particularly explores the developmental history of various wing morphing schemes， discusses their applications in different aerodynamic configurations including variable sweep wing， variable forward sweep wing， folding wing， telescopic wing， oblique wing， continuous variable curvature wing， and analyzes their aerodynamic and stability characteristics， respectively. Next， the implementation objectives of morphing aircraft are summarized and divided into three types： single domain optimal variable configuration， multi-domain fusion variable configuration， and one vessel multi-energy variable configuration. Subsequently， compared with fixed shape aircraft， the key technical challenges in aerodynamic layout and overall coordination design， time-varying aerodynamic effect evaluation， aerodynamic layout scheme optimization， and multidisciplinary coupling design derived from the implementation of morphing aircraft are analyzed， with particular focus on the research progress and current status of dynamic aerodynamic calculation methods and aerodynamic optimization design technologies for morphing aircraft. Finally， the future research direction and development prospects of morphing technologies are envisioned. Targeting at the needs of wide velocity domain and large airspace flight， exploring new conceptual deformation methods that can improve the performance of multiple flight missions and establishing intelligent morphing design model and multidisciplinary strong coupling integrated design system will become important development trends.

Key words: morphing aircraft, deformation modes, morphing wing, optimization design, unsteady effect, multidisciplinary integration

CLC Number:

V221.3

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Figures/Tables 75

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参数	变化	影响情况
翼面积	增大	提升升力和承载能力
翼面积	减小	降低摩擦阻力

展弦比	增大	提高升阻比、续航能力、巡航距离、偏航速率；降低发动机要求
展弦比	减小	提高最大速度，减小摩擦阻力

上反角	增大	提高偏航性能和侧向稳定性
上反角	减小	提高最大速度

后掠角	增大	提高临界马赫数，减小阻力
后掠角	减小	提高最大升力系数

根梢比		影响展向升力分布及诱导阻力
机翼扭转		影响翼尖失速及展向升力分布
翼型弯度		影响零升迎角、分离特性

前缘半径	增大	改善低速翼型性能
前缘半径	减小	改善高速翼型性能

翼型厚度		影响翼型性能、层流向湍流过渡

马赫数Ma	俯仰力矩静导数
马赫数Ma	伸缩	变后掠	折叠
3	-0.002 859	-0.002 857	-0.002 833
6	-0.002 174	-0.001 976	-0.002 032
8	-0.002 058	-0.001 941	-0.001 960

马赫数Ma	操纵力矩静导数
马赫数Ma	伸缩	变后掠	折叠
3	-0.001 606	-0.001 616	-0.001 526
6	-0.000 758	-0.000 688	-0.000 630
8	-0.000 529	-0.000 455	-0.000 414

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Deformation modes and key technologies of aerodynamic layout design for morphing aircraft: Review

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References 178

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