智能飛行器技術(shù)課件

智能飛行器技術(shù)邱志平教授智能飛行器技術(shù)邱志平教授報(bào)告內(nèi)容SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器發(fā)展需求與歷史

智能變體飛行器研究方法

已開展的工作介紹結(jié)論報(bào)告內(nèi)容SchoolofAeronauticalSci人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity1903年萊特兄弟“飛行者一號(hào)”1942年第一架噴氣飛機(jī)Me-2621952年第一架噴氣客機(jī)“彗星”第一架商業(yè)成功運(yùn)營(yíng)客機(jī)波音707前五十年——走進(jìn)噴氣時(shí)代人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronautical人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity后五十年——大型化、高速化最大的客機(jī)-A380，2005年最快的客機(jī)-“協(xié)和”，1969年最大的飛機(jī)-An225，載重250t無(wú)人機(jī)，2003年人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronautical人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity新一代作戰(zhàn)飛行器——高隱身性能、高機(jī)動(dòng)性美國(guó)F-22，1990年首飛美國(guó)F-35，2006年首飛俄羅斯T-50，2010年首飛中國(guó)J-20，2011年首飛人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronautical人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity未來的發(fā)展？X43——高超聲速飛行器X45——無(wú)人攻擊機(jī)SAI-SAX40——靜音飛行器X50——新概念飛行器人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalNASA的構(gòu)想SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity捕食者–偵察、攻擊全球鷹–長(zhǎng)航時(shí)偵察X45–攻擊、高隱身能力智能變體飛行器任務(wù)自適應(yīng)、提高飛行性能NASA的構(gòu)想SchoolofAeronautical智能變體飛行器的概念SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念SchoolofAeronautic智能變體飛行器的概念SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念SchoolofAeronautic智能變體飛行器的概念SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念SchoolofAeronautic變體飛行器發(fā)展歷史-鳥類的啟示SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity起飛翱翔低空飛行減速飛行著陸轉(zhuǎn)向變體飛行器發(fā)展歷史-鳥類的啟示SchoolofAeronSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity變體飛行器發(fā)展歷史

可收放式起落架增升裝置變后掠翼可變傾角機(jī)頭傾轉(zhuǎn)旋翼推力矢量噴口剛性變體形式SchoolofAeronauticalScience變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversityAFTI/F111驗(yàn)證機(jī)BAC1-11試驗(yàn)機(jī)與自適應(yīng)機(jī)翼剖面柔性變體形式-任務(wù)自適應(yīng)機(jī)翼變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronautica變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity柔性變體形式-主動(dòng)氣動(dòng)彈性機(jī)翼變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronautica變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity柔性變體形式-NASA蘭利的方案變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronautica變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity柔性變體形式-變體飛行器結(jié)構(gòu)（MAS）NextGen–

滑動(dòng)蒙皮方案LockheadMartin–旋轉(zhuǎn)/折疊機(jī)翼方案變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronautica智能變體飛行器的概念變體飛行器的涵義：NASA:“變體”（Morphing）=高效、多點(diǎn)適應(yīng)性。高效（與傳統(tǒng)飛行器相比）：結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、重量效率更高、能量效率更高、容積效率更高；多點(diǎn)：多種任務(wù)剖面；適應(yīng)性：功能擴(kuò)展及在多種飛行條件下保持最優(yōu)性能。DARPA和AFRL:“變體”=狀態(tài)可變。NATO：“變體”=實(shí)時(shí)自適應(yīng)以在多種飛行條件下保持性能最優(yōu)。SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念變體飛行器的涵義：SchoolofA智能變體飛行器的概念“智能變體飛行器”將新型智能材料、新型作動(dòng)器、激勵(lì)器、傳感器無(wú)縫隙地綜合應(yīng)用到飛行器的機(jī)翼上，通過應(yīng)用靈敏的傳感器和作動(dòng)器，對(duì)不斷改變的飛行條件做出響應(yīng)，光滑而持續(xù)地改變機(jī)翼的形狀，使飛行器始終保持最佳的性能和執(zhí)行多種形式的作戰(zhàn)任務(wù)。通過智能變體技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)：提高飛行品質(zhì)，擴(kuò)展飛行包線；代替常規(guī)控制面，提高飛行控制性能和隱身能力；減小阻力，增加航程；減小振動(dòng)影響，實(shí)現(xiàn)顫振主動(dòng)控制。SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念“智能變體飛行器”將新型智能材料、新型作SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法學(xué)科研究方法

-材料/結(jié)構(gòu)-流體力學(xué)

-控制-氣動(dòng)彈性……變體飛行器研究方法系統(tǒng)研究方法-任務(wù)需求分析-概念設(shè)計(jì)方法-多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化智能結(jié)構(gòu)力學(xué)流場(chǎng)控制智能控制多場(chǎng)耦合分析多尺度分析……SchoolofAeronauticalScience智能變體飛行器研究方法任務(wù)需求分析：需要解決的問題：為什么要使用變體飛行器技術(shù)？何時(shí)使用？并不是在所有的情況下使用變體飛行器技術(shù)都是最高效的。SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity重量費(fèi)用性能Trade-off智能變體飛行器研究方法任務(wù)需求分析：SchoolofAe智能變體飛行器研究方法SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法SchoolofAeronautiSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-概念設(shè)計(jì)Buckle-WingconceptFlexiblemulti-bodyconceptVariablegull-wingconceptSchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-概念設(shè)計(jì)Telescoping-WingconceptSwingWingconceptAftsweepingWingconceptSchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-MDO智能變體飛行器的構(gòu)想主要來源于仿生，精髓是集成，即知識(shí)集成、技術(shù)集成、結(jié)構(gòu)集成、系統(tǒng)集成。智能變體飛行器研制中涉及的主要問題包括變形體空氣動(dòng)力學(xué)、微流體力學(xué)、智能流動(dòng)控制等,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、電子設(shè)備、新型高效能源技術(shù)等方面也提出了更高的要求和新的挑戰(zhàn)。為了使基于智能結(jié)構(gòu)的飛行器的性能達(dá)到最優(yōu)，針對(duì)智能結(jié)構(gòu)的對(duì)傳感器和驅(qū)動(dòng)器的位置、控制器參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、翼形變化的規(guī)律進(jìn)行多學(xué)科綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法展開研究。SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-MDO總體參數(shù)優(yōu)化多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化序列優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)目標(biāo)總體參數(shù)優(yōu)化包含多個(gè)學(xué)科分析模型簡(jiǎn)單適用范圍有限在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上序列優(yōu)化設(shè)計(jì)分析模型的精度較高串行模式，周期長(zhǎng)自動(dòng)化程度低難于獲得整體最優(yōu)解多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化

包含多個(gè)學(xué)科，整體最優(yōu)采用高精度的分析模型適用于新概念飛行器分布式計(jì)算模式飛行器MDO是飛行器傳統(tǒng)優(yōu)化方法的新發(fā)展SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-MDO非線性CFD/CSD優(yōu)化流程圖SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-MDO氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/動(dòng)力學(xué)耦合分析JamshidA.Samareh等，2007SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法結(jié)構(gòu)/材料BECDA變形機(jī)構(gòu)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)多功能材料智能驅(qū)動(dòng)器智能蒙皮需求：大尺度變形；輕質(zhì)；高強(qiáng)度比；高效驅(qū)動(dòng)器……SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity變形機(jī)構(gòu)變后掠翼飛機(jī)使用的樞軸機(jī)構(gòu)依然有應(yīng)用前景傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)機(jī)翼伸展和折疊變形的關(guān)鍵SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity自適應(yīng)結(jié)構(gòu)主動(dòng)桁架結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)機(jī)翼平面變形的關(guān)鍵各種改變翼肋形狀的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)翼型和機(jī)翼彎度的改變SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity多功能材料

壓電材料特點(diǎn)：貼片形式小應(yīng)變快速響應(yīng)結(jié)構(gòu)完整性壓電陶瓷材料改變機(jī)翼形狀SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity多功能材料

形狀記憶合金特點(diǎn)大應(yīng)變低速響應(yīng)熱激勵(lì)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器改變機(jī)翼剖面形狀形狀記憶合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣：降噪、降低熱輻射SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity多功能材料形狀記憶聚合物多穩(wěn)態(tài)材料電/磁流變液材料超磁致伸縮材料……SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能蒙皮智能蒙皮是在飛行器蒙皮中植入傳感元件、驅(qū)動(dòng)元件和微處理控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)流體邊界層控制等功能。智能蒙皮通過控制把邊界層維持層流狀態(tài)，或者對(duì)湍流進(jìn)行控制，大大減小飛行器飛行中的阻力，延遲在機(jī)翼的空氣流動(dòng)分離，從而提高飛行器性能，減小燃料的消耗。

SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能蒙皮通過各種新型的智能材料實(shí)現(xiàn)蒙皮的自適應(yīng)性柔性蜂窩蒙皮（零/負(fù)剛度、泊松比材料）SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能驅(qū)動(dòng)器由于變形飛行器需要在高速飛行下在很短的時(shí)間內(nèi)完成機(jī)翼形狀的改變，因此需要高效、輕質(zhì)、高可靠性的新型驅(qū)動(dòng)器來完成飛行器外形的改變。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的布置，即如何實(shí)現(xiàn)均勻傳送載荷的分布式驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)也是研究的重點(diǎn)。機(jī)翼折疊

壓電驅(qū)動(dòng)器SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能驅(qū)動(dòng)器真正的變形飛行器是新型變形機(jī)構(gòu)、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)、智能材料、智能驅(qū)動(dòng)器無(wú)縫地綜合應(yīng)用與飛行器的一種新的設(shè)計(jì)理念。洛馬公司MAS方案通過高效壓電驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、可伸展蒙皮實(shí)現(xiàn)SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能驅(qū)動(dòng)器新一代公司MAS方案通過分布式驅(qū)動(dòng)器、主動(dòng)桁架結(jié)構(gòu)、可滑動(dòng)蒙皮實(shí)現(xiàn)SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-流場(chǎng)控制機(jī)翼后緣自適應(yīng)結(jié)構(gòu)可以代替鉸鏈連接的傳統(tǒng)控制面，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)控制，改善后緣氣流特性，降低噪聲，改善隱身性能，提高操縱品質(zhì)。SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-多體動(dòng)力學(xué)分析可變形結(jié)構(gòu)多場(chǎng)耦合的非線性力學(xué)與控制的建模與仿真，實(shí)現(xiàn)更高精度和柔性的動(dòng)態(tài)變形過程控制建模與仿真。-BrianSanders等，2006年SchoolofAeronauticalScience智能變體飛行器研究方法-控制系統(tǒng)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity外形控制飛行控制機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的建模、簡(jiǎn)化與控制；智能結(jié)構(gòu)的精確動(dòng)態(tài)形狀控制；共享信道的大規(guī)模分布式系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制；非線性氣動(dòng)彈性與主動(dòng)變形耦合系統(tǒng)的控制；變體飛行器的多體系統(tǒng)建模與簡(jiǎn)化；變體飛行器飛行控制技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)：智能變體飛行器研究方法-控制系統(tǒng)SchoolofAero未來大型飛機(jī)應(yīng)用SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity起落架收起起落架放下主要噪聲源：起落架、增升裝置、離散操縱面等離散操縱面連續(xù)操縱面降噪未來大型飛機(jī)應(yīng)用SchoolofAeronautical未來大型飛機(jī)應(yīng)用SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體技術(shù)提高燃油效率，減少?gòu)U棄物排放以上數(shù)據(jù)基于空客A340-WolfgangSchneider,EADSAirbus未來大型飛機(jī)應(yīng)用SchoolofAeronautical開展的工作SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity1方案設(shè)計(jì)：伸縮變后掠機(jī)翼模型設(shè)計(jì)；模型制造；模型試飛。2系統(tǒng)分析方法：多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化；不確定性優(yōu)化；結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化。3材料/結(jié)構(gòu)方法：材料/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)；自適應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……開展的工作SchoolofAeronauticalSc開展的工作任務(wù)需求分析：變后掠翼：在不同飛行速度下保持最優(yōu)氣動(dòng)外形；可伸縮機(jī)翼：改變機(jī)翼面積、改變展弦比獲得最優(yōu)氣動(dòng)外形，不對(duì)稱伸縮可實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)控制。在已有的技術(shù)上重新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、減輕機(jī)構(gòu)重量。SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity不同氣動(dòng)布局下的最大升阻比開展的工作任務(wù)需求分析：SchoolofAeronaut開展的工作SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity試飛模型外翼和可伸縮內(nèi)翼變形機(jī)構(gòu)開展的工作SchoolofAeronauticalSc開展的工作SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversityCATIA數(shù)字樣機(jī)模型開展的工作SchoolofAeronauticalSc開展的工作SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity地面變形開展的工作SchoolofAeronauticalSc開展的工作SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity試飛現(xiàn)場(chǎng)——空中變形開展的工作SchoolofAeronauticalSc總結(jié)智能變體飛行器有諸多優(yōu)勢(shì)：擴(kuò)充飛行包線，適應(yīng)多任務(wù)模式替換操縱面，改善飛行性能和隱身能力減小阻力，增大航程減振，實(shí)現(xiàn)顫振主動(dòng)控制……智能變體飛行器的研究方法主要從兩方面出發(fā)：系統(tǒng)分析方法各學(xué)科分析方法

變體飛行器并不是在所有的情況下都是最好的選擇，必須對(duì)飛行器的任務(wù)需求做好分析；SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity總結(jié)智能變體飛行器有諸多優(yōu)勢(shì)：SchoolofAero總結(jié)集成、耦合是變體飛行器技術(shù)的主要特點(diǎn)；材料/結(jié)構(gòu)依然是制約變體飛行器發(fā)展的主要因素；

各學(xué)科都將面臨新的挑戰(zhàn)：使用非常規(guī)設(shè)計(jì)方法提高飛行器的效率；智能飛行器技術(shù)將大大推動(dòng)飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)的的發(fā)展。SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity總結(jié)集成、耦合是變體飛行器技術(shù)的主要特點(diǎn)；SchoolofThankYou!ThankYou!智能飛行器技術(shù)邱志平教授智能飛行器技術(shù)邱志平教授報(bào)告內(nèi)容SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器發(fā)展需求與歷史

智能變體飛行器研究方法

已開展的工作介紹結(jié)論報(bào)告內(nèi)容SchoolofAeronauticalSci人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity1903年萊特兄弟“飛行者一號(hào)”1942年第一架噴氣飛機(jī)Me-2621952年第一架噴氣客機(jī)“彗星”第一架商業(yè)成功運(yùn)營(yíng)客機(jī)波音707前五十年——走進(jìn)噴氣時(shí)代人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronautical人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity后五十年——大型化、高速化最大的客機(jī)-A380，2005年最快的客機(jī)-“協(xié)和”，1969年最大的飛機(jī)-An225，載重250t無(wú)人機(jī)，2003年人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronautical人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity新一代作戰(zhàn)飛行器——高隱身性能、高機(jī)動(dòng)性美國(guó)F-22，1990年首飛美國(guó)F-35，2006年首飛俄羅斯T-50，2010年首飛中國(guó)J-20，2011年首飛人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronautical人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity未來的發(fā)展？X43——高超聲速飛行器X45——無(wú)人攻擊機(jī)SAI-SAX40——靜音飛行器X50——新概念飛行器人類的飛行世紀(jì)SchoolofAeronauticalNASA的構(gòu)想SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity捕食者–偵察、攻擊全球鷹–長(zhǎng)航時(shí)偵察X45–攻擊、高隱身能力智能變體飛行器任務(wù)自適應(yīng)、提高飛行性能NASA的構(gòu)想SchoolofAeronautical智能變體飛行器的概念SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念SchoolofAeronautic智能變體飛行器的概念SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念SchoolofAeronautic智能變體飛行器的概念SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念SchoolofAeronautic變體飛行器發(fā)展歷史-鳥類的啟示SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity起飛翱翔低空飛行減速飛行著陸轉(zhuǎn)向變體飛行器發(fā)展歷史-鳥類的啟示SchoolofAeronSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity變體飛行器發(fā)展歷史

可收放式起落架增升裝置變后掠翼可變傾角機(jī)頭傾轉(zhuǎn)旋翼推力矢量噴口剛性變體形式SchoolofAeronauticalScience變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversityAFTI/F111驗(yàn)證機(jī)BAC1-11試驗(yàn)機(jī)與自適應(yīng)機(jī)翼剖面柔性變體形式-任務(wù)自適應(yīng)機(jī)翼變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronautica變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity柔性變體形式-主動(dòng)氣動(dòng)彈性機(jī)翼變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronautica變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity柔性變體形式-NASA蘭利的方案變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronautica變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity柔性變體形式-變體飛行器結(jié)構(gòu)（MAS）NextGen–

滑動(dòng)蒙皮方案LockheadMartin–旋轉(zhuǎn)/折疊機(jī)翼方案變體飛行器發(fā)展歷史SchoolofAeronautica智能變體飛行器的概念變體飛行器的涵義：NASA:“變體”（Morphing）=高效、多點(diǎn)適應(yīng)性。高效（與傳統(tǒng)飛行器相比）：結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、重量效率更高、能量效率更高、容積效率更高；多點(diǎn)：多種任務(wù)剖面；適應(yīng)性：功能擴(kuò)展及在多種飛行條件下保持最優(yōu)性能。DARPA和AFRL:“變體”=狀態(tài)可變。NATO：“變體”=實(shí)時(shí)自適應(yīng)以在多種飛行條件下保持性能最優(yōu)。SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念變體飛行器的涵義：SchoolofA智能變體飛行器的概念“智能變體飛行器”將新型智能材料、新型作動(dòng)器、激勵(lì)器、傳感器無(wú)縫隙地綜合應(yīng)用到飛行器的機(jī)翼上，通過應(yīng)用靈敏的傳感器和作動(dòng)器，對(duì)不斷改變的飛行條件做出響應(yīng)，光滑而持續(xù)地改變機(jī)翼的形狀，使飛行器始終保持最佳的性能和執(zhí)行多種形式的作戰(zhàn)任務(wù)。通過智能變體技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)：提高飛行品質(zhì)，擴(kuò)展飛行包線；代替常規(guī)控制面，提高飛行控制性能和隱身能力；減小阻力，增加航程；減小振動(dòng)影響，實(shí)現(xiàn)顫振主動(dòng)控制。SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器的概念“智能變體飛行器”將新型智能材料、新型作SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法學(xué)科研究方法

-材料/結(jié)構(gòu)-流體力學(xué)

-控制-氣動(dòng)彈性……變體飛行器研究方法系統(tǒng)研究方法-任務(wù)需求分析-概念設(shè)計(jì)方法-多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化智能結(jié)構(gòu)力學(xué)流場(chǎng)控制智能控制多場(chǎng)耦合分析多尺度分析……SchoolofAeronauticalScience智能變體飛行器研究方法任務(wù)需求分析：需要解決的問題：為什么要使用變體飛行器技術(shù)？何時(shí)使用？并不是在所有的情況下使用變體飛行器技術(shù)都是最高效的。SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity重量費(fèi)用性能Trade-off智能變體飛行器研究方法任務(wù)需求分析：SchoolofAe智能變體飛行器研究方法SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法SchoolofAeronautiSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-概念設(shè)計(jì)Buckle-WingconceptFlexiblemulti-bodyconceptVariablegull-wingconceptSchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-概念設(shè)計(jì)Telescoping-WingconceptSwingWingconceptAftsweepingWingconceptSchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-MDO智能變體飛行器的構(gòu)想主要來源于仿生，精髓是集成，即知識(shí)集成、技術(shù)集成、結(jié)構(gòu)集成、系統(tǒng)集成。智能變體飛行器研制中涉及的主要問題包括變形體空氣動(dòng)力學(xué)、微流體力學(xué)、智能流動(dòng)控制等,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、電子設(shè)備、新型高效能源技術(shù)等方面也提出了更高的要求和新的挑戰(zhàn)。為了使基于智能結(jié)構(gòu)的飛行器的性能達(dá)到最優(yōu)，針對(duì)智能結(jié)構(gòu)的對(duì)傳感器和驅(qū)動(dòng)器的位置、控制器參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、翼形變化的規(guī)律進(jìn)行多學(xué)科綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法展開研究。SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-MDO總體參數(shù)優(yōu)化多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化序列優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)目標(biāo)總體參數(shù)優(yōu)化包含多個(gè)學(xué)科分析模型簡(jiǎn)單適用范圍有限在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上序列優(yōu)化設(shè)計(jì)分析模型的精度較高串行模式，周期長(zhǎng)自動(dòng)化程度低難于獲得整體最優(yōu)解多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化

包含多個(gè)學(xué)科，整體最優(yōu)采用高精度的分析模型適用于新概念飛行器分布式計(jì)算模式飛行器MDO是飛行器傳統(tǒng)優(yōu)化方法的新發(fā)展SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-MDO非線性CFD/CSD優(yōu)化流程圖SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-MDO氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/動(dòng)力學(xué)耦合分析JamshidA.Samareh等，2007SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法結(jié)構(gòu)/材料BECDA變形機(jī)構(gòu)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)多功能材料智能驅(qū)動(dòng)器智能蒙皮需求：大尺度變形；輕質(zhì)；高強(qiáng)度比；高效驅(qū)動(dòng)器……SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity變形機(jī)構(gòu)變后掠翼飛機(jī)使用的樞軸機(jī)構(gòu)依然有應(yīng)用前景傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)機(jī)翼伸展和折疊變形的關(guān)鍵SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity自適應(yīng)結(jié)構(gòu)主動(dòng)桁架結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)機(jī)翼平面變形的關(guān)鍵各種改變翼肋形狀的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)翼型和機(jī)翼彎度的改變SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity多功能材料

壓電材料特點(diǎn)：貼片形式小應(yīng)變快速響應(yīng)結(jié)構(gòu)完整性壓電陶瓷材料改變機(jī)翼形狀SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity多功能材料

形狀記憶合金特點(diǎn)大應(yīng)變低速響應(yīng)熱激勵(lì)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器改變機(jī)翼剖面形狀形狀記憶合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣：降噪、降低熱輻射SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity多功能材料形狀記憶聚合物多穩(wěn)態(tài)材料電/磁流變液材料超磁致伸縮材料……SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能蒙皮智能蒙皮是在飛行器蒙皮中植入傳感元件、驅(qū)動(dòng)元件和微處理控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)流體邊界層控制等功能。智能蒙皮通過控制把邊界層維持層流狀態(tài)，或者對(duì)湍流進(jìn)行控制，大大減小飛行器飛行中的阻力，延遲在機(jī)翼的空氣流動(dòng)分離，從而提高飛行器性能，減小燃料的消耗。

SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能蒙皮通過各種新型的智能材料實(shí)現(xiàn)蒙皮的自適應(yīng)性柔性蜂窩蒙皮（零/負(fù)剛度、泊松比材料）SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能驅(qū)動(dòng)器由于變形飛行器需要在高速飛行下在很短的時(shí)間內(nèi)完成機(jī)翼形狀的改變，因此需要高效、輕質(zhì)、高可靠性的新型驅(qū)動(dòng)器來完成飛行器外形的改變。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的布置，即如何實(shí)現(xiàn)均勻傳送載荷的分布式驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)也是研究的重點(diǎn)。機(jī)翼折疊

壓電驅(qū)動(dòng)器SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能驅(qū)動(dòng)器真正的變形飛行器是新型變形機(jī)構(gòu)、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)、智能材料、智能驅(qū)動(dòng)器無(wú)縫地綜合應(yīng)用與飛行器的一種新的設(shè)計(jì)理念。洛馬公司MAS方案通過高效壓電驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、可伸展蒙皮實(shí)現(xiàn)SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能驅(qū)動(dòng)器新一代公司MAS方案通過分布式驅(qū)動(dòng)器、主動(dòng)桁架結(jié)構(gòu)、可滑動(dòng)蒙皮實(shí)現(xiàn)SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-流場(chǎng)控制機(jī)翼后緣自適應(yīng)結(jié)構(gòu)可以代替鉸鏈連接的傳統(tǒng)控制面，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)控制，改善后緣氣流特性，降低噪聲，改善隱身性能，提高操縱品質(zhì)。SchoolofAeronauticalScienceSchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity智能變體飛行器研究方法-多體動(dòng)力學(xué)分析可變形結(jié)構(gòu)多場(chǎng)耦合的非線性力學(xué)與控制的建模與仿真，實(shí)現(xiàn)更高精度和柔性的動(dòng)態(tài)變形過程控制建模與仿真。-BrianSanders等，2006年SchoolofAeronauticalScience智能變體飛行器研究方法-控制系統(tǒng)SchoolofAeronauticalScienceandEngineering,BeihangUniversity外形控制飛行控制機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的建模、簡(jiǎn)化與控制；智能結(jié)構(gòu)的精確動(dòng)態(tài)形狀控制；共享信道的大規(guī)模分布式系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制；