【摘要】：自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道可以根據(jù)飛行器飛行環(huán)境的不同對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)節(jié),以保證進(jìn)氣道在寬速域內(nèi)具有良好的進(jìn)氣性能。從減重、減小體積占用等角度出發(fā),本文在鼓包進(jìn)氣道的基礎(chǔ)上提出了一種自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道方案,通過復(fù)合柔性蒙皮形成自適應(yīng)鼓包來對(duì)進(jìn)氣氣流進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)自適應(yīng)鼓包的變形要求,提出了一種形狀記憶合金纖維增強(qiáng)的復(fù)合柔性蒙皮,通過參數(shù)設(shè)計(jì)使其能夠滿足自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道方案的使用需求。主要研究內(nèi)容與成果如下:(1)針對(duì)超音速進(jìn)氣道高低速進(jìn)氣需求的不同,提出了一種自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道方案。闡述了該方案的設(shè)計(jì)思路與實(shí)施過程。根據(jù)某型號(hào)戰(zhàn)機(jī)進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)要求,確定了基于復(fù)合柔性蒙皮的自適應(yīng)鼓包的形狀參數(shù)、型面變化范圍以及充壓方案。采用仿真的方法對(duì)自適應(yīng)鼓包材料的應(yīng)變和模量水平提出了要求。(2)針對(duì)自適應(yīng)鼓包應(yīng)變水平的要求,研究了一種形狀記憶合金增強(qiáng)纖維。建立了記憶合金的本構(gòu)關(guān)系模型,通過ABAQUS軟件的UMAT子程序功能將合金材料模型有限元化。通過仿真驗(yàn)證了記憶合金模型的超彈性和形狀記憶效應(yīng),分析了其變形能力。(3)針對(duì)自適應(yīng)鼓包變形與承載的要求,設(shè)計(jì)了一種形狀記憶合金纖維增強(qiáng)的復(fù)合柔性蒙皮。建立了復(fù)合柔性蒙皮的力學(xué)模型,分析了其力學(xué)性能的影響因素。根據(jù)自適應(yīng)鼓包應(yīng)變和模量水平的要求,對(duì)復(fù)合柔性蒙皮性能參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V228.7;TB33
【圖文】：

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文美國的 F-15 戰(zhàn)機(jī)采用了一種整個(gè)進(jìn)氣口上罩可以上下調(diào)節(jié)以控制進(jìn)氣量的二元進(jìn)氣道方案，其上唇口轉(zhuǎn)動(dòng)范圍達(dá)到了-11°~4°，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)氣喉道面積的大范圍調(diào)節(jié)，能夠提供非常大的推重比，使戰(zhàn)機(jī)具有很好的機(jī)動(dòng)性能。為了追求高飛行速度和高機(jī)動(dòng)性能，F(xiàn)-15 戰(zhàn)機(jī)的進(jìn)氣道內(nèi)部采用了三級(jí)可調(diào)斜板的設(shè)計(jì)，如圖 1.1 所示。斜板能夠根據(jù)不同的飛行迎角和飛行速度上下轉(zhuǎn)動(dòng)，大大減小了空氣阻力。缺點(diǎn)是該方案對(duì)飛行器增加了巨大的重量以及造成了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，日常維護(hù)成本較高，并且上罩的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)改變飛行器的氣動(dòng)外形，對(duì)飛行器的飛行性能產(chǎn)生較大的影響，因此上罩的調(diào)節(jié)規(guī)律需要綜合考慮其對(duì)飛行器整體性能的影響。

自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)的柔性蒙皮技術(shù)研究板閉合板 墊片安裝結(jié)構(gòu)酚醛塊內(nèi)壁變化喉道面積改變唇口形狀變化圖 1.5 SAMPSON 項(xiàng)目使用的可變形唇緣方案的學(xué)者提出了一種新概念軸對(duì)稱進(jìn)氣道方案[28]，其 SMA 的驅(qū)動(dòng)下獲得 25%的面積改變量，可以滿足性能還需要通過進(jìn)一步的風(fēng)洞與飛行試驗(yàn)來測試。

通過加溫它又可以恢復(fù)原來的形狀，這種神奇的現(xiàn)象吸引了大量科學(xué)家的關(guān)注[46]。1949 年蘇聯(lián)的 kurdjumov 等在 Cu-Al-Ni 合金中觀察到了熱彈性馬氏體相變過程。1953 年，Read等人在對(duì) In-Ti 合金的性能研究中發(fā)現(xiàn)了其形狀記憶效應(yīng)。1969 年，美國軍方首先將 Ni-Ti 合金應(yīng)用到某噴氣式戰(zhàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)中。美國的 Raychem 公司根據(jù)合金的記憶效應(yīng)制作了管接頭，通過溫度的降低該合金接頭發(fā)生收縮，其組織結(jié)構(gòu)變?yōu)橹旅艿鸟R氏體相，作為液壓管道的連接頭，能夠很好的防止液體泄漏。Ni-Ti 合金具有良好的超彈性（應(yīng)變能夠達(dá)到 8%左右）與機(jī)械性能，目前在工程中已經(jīng)具有了廣泛的應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì) 80 年代以來，SMA 材料進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段，應(yīng)用范圍囊括了電子、機(jī)械、航空、能源、醫(yī)療等幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。作為感溫和驅(qū)動(dòng)材料，SMA 可以同時(shí)起到傳感和驅(qū)動(dòng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的小型化與輕質(zhì)化，十分適合作為航空材料與元件。SMA 的超彈性效應(yīng)表現(xiàn)為，其在高溫奧氏體態(tài)下，保持溫度不變，受到外力作用時(shí)，首先產(chǎn)生彈性應(yīng)變；當(dāng)外力超過某個(gè)值的時(shí)候，記憶合金發(fā)生馬氏體相變；繼續(xù)增加外力，記憶合金會(huì)產(chǎn)生馬氏體彈性應(yīng)變；撤去外力之后，其會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原形狀。超彈性效應(yīng)使得記憶合金能夠產(chǎn)生較大的應(yīng)變，并且其應(yīng)變過程中發(fā)生了馬氏體和奧氏體的相互轉(zhuǎn)換，保證了其在反復(fù)拉伸和收縮過程中材料內(nèi)部組織的完好性，具有很強(qiáng)的抗疲勞能力。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2784507