【摘要】：基于智能材料和結(jié)構(gòu)的變體飛機(jī)是未來先進(jìn)飛行器的主要發(fā)展方向之一,而柔性蒙皮的設(shè)計又是實(shí)現(xiàn)變體飛機(jī)的一大關(guān)鍵技術(shù)。本文主要針對三元鼓包進(jìn)氣道可調(diào)以及機(jī)翼變體方案開展了相應(yīng)的柔性蒙皮設(shè)計與研究工作,開發(fā)滿足變形和承載等需求的柔性蒙皮,為變體飛機(jī)提供光滑連續(xù)的變形,并能夠承受和傳遞氣動載荷。針對柔性蒙皮的變形和承載需求,本文設(shè)計了一種由半圓弧周期性排列而成的圓彈簧纖維,并提出了一種基于圓彈簧纖維的復(fù)合材料。采用代表體元法對其力學(xué)性能進(jìn)行研究,推導(dǎo)了單層板各項(xiàng)等效彈性系數(shù)。在圓彈簧纖維復(fù)合材料單層板的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了四層對稱層合板的面內(nèi)拉伸行為和面外彎曲特性,給出其拉伸變形等效模量以及彎曲變形撓度。通過MATLAB軟件和ABAQUS有限元軟件建立圓彈簧纖維復(fù)合材料的有限元模型并進(jìn)行力學(xué)性能仿真,仿真結(jié)果展示了圓彈簧纖維復(fù)合材料的拉伸彈性系數(shù)的變化規(guī)律。針對鼓包進(jìn)氣道變形及承載需求,研究了一種基于圓彈簧纖維復(fù)合材料的柔性蒙皮鼓包。將柔性蒙皮附著在鼓包進(jìn)氣道上,提出了一種基于柔性蒙皮的自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道方案,通過內(nèi)部充壓的方式實(shí)現(xiàn)鼓包的變形。建立基于圓彈簧纖維復(fù)合材料的柔性蒙皮鼓包模型,初步分析柔性蒙皮鼓包的變形能力以及內(nèi)部充壓需求,并引入外載荷工況,進(jìn)一步明確內(nèi)部載荷大小。針對可變形蜂窩柔性蒙皮的變形需求,開展了零泊松比混合十字形蜂窩的力學(xué)性能研究。對十字形蜂窩結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,分析了一種零泊松比混合十字形蜂窩結(jié)構(gòu)力學(xué)性能,并結(jié)合有限元仿真方法和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論模型的正確性。
【圖文】：

中改變氣動外形，如機(jī)翼面積、展弦比和后掠角等，使飛機(jī)在不同飛行狀態(tài)下性能保持最佳的飛行器。與常規(guī)固定布局飛機(jī)相比，變體飛機(jī)的飛行包線更寬，作戰(zhàn)效能更高，它能夠根據(jù)飛行環(huán)境、飛行剖面以及作戰(zhàn)任務(wù)等需要，自主地改變氣動構(gòu)型，優(yōu)化飛行性能。圖1.1展示了美國航空航天局（NASA）設(shè)想的未來智能變體飛機(jī)概念，它集中反映了智能變體技術(shù)與仿生思想的完美結(jié)合。變體飛機(jī)很大程度上提高了飛行器的綜合性能，成為未來飛行器發(fā)展的重要方向之一[1-3]。圖 1. 1 變體飛機(jī)概念變體飛機(jī)概念的出現(xiàn)，意味著對飛行器的結(jié)構(gòu)提出了更多的要求，如輕質(zhì)、高可靠性、高維護(hù)性、高生存能力。傳統(tǒng)的機(jī)械液壓系統(tǒng)并不能很好的滿足變體飛機(jī)的要求，使用智能材料結(jié)構(gòu)是明智的選擇，也是大勢所趨的結(jié)果。智能材料結(jié)構(gòu)是指將具有仿生命功能的材料融合于基體材料中, 使制成的構(gòu)件具有人們期望的智能功能的一種新型結(jié)構(gòu)材料概念。智能材料結(jié)構(gòu)能量密度高、剛度可變、易于控制、能夠承受大應(yīng)變，這些特性為變體飛機(jī)的設(shè)計提供了新的技術(shù)途徑。迄今為止，，智能材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域，尤其是航空領(lǐng)域，如智能蒙皮、自適應(yīng)機(jī)翼、振動噪聲控制和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等

[20-22]；（4）在層板上布置離散筋條，提供加強(qiáng)作用，如圖1.2所示。另外，功能梯度材料作為一種新型非均勻復(fù)合材料，常由耐高溫且性能優(yōu)良的工程陶瓷和強(qiáng)度及韌性較好的金屬兩相材料組成，也可以看作變剛度復(fù)合材料[23]。以上方法中，改變纖維體積分?jǐn)?shù)的方式比較單一，能在一定程度上改變材料性能但可設(shè)計性不強(qiáng)；局部加層或加筋導(dǎo)致材料形狀發(fā)生突變，引起應(yīng)力集中等現(xiàn)象；功能梯度材料作為一種新型材料，設(shè)計性強(qiáng)，性能好，但是成本高，不適合大范圍應(yīng)用。采用曲線纖維進(jìn)行鋪設(shè)使得材料剛度在坐標(biāo)系內(nèi)連續(xù)變化，而不是依賴附加的加強(qiáng)筋，或是層板不同位置厚度的突然改變，不會引起層合板幾何形狀的變化，并且它的纖維形式增加了鋪設(shè)角度變化的可能性
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V214

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2650999