1、智能飞行器技术智能飞行器技术邱志平邱志平 教授教授2报告内容报告内容3人类的飞行世纪人类的飞行世纪1903年莱特兄弟年莱特兄弟“飞行者一号飞行者一号”1942年年 第一架喷气飞机第一架喷气飞机Me-2621952年第一架喷气客机年第一架喷气客机“彗星彗星”第一架商业成功运营客机波音第一架商业成功运营客机波音707前五十年前五十年走进喷气时代走进喷气时代4人类的飞行世纪人类的飞行世纪后五十年后五十年大型化、高速化大型化、高速化最大的客机最大的客机-A380，2005年年最快的客机最快的客机-“协和协和”，1969年年最大的飞机最大的飞机-An225，载重，载重250t无人机，无人机，2003年年
2、5人类的飞行世纪人类的飞行世纪新一代作战飞行器新一代作战飞行器高隐身性能、高机动性高隐身性能、高机动性美国美国F-22，1990年首飞年首飞美国美国F-35，2006年首飞年首飞俄罗斯俄罗斯T-50，2010年首飞年首飞中国中国J-20，2011年首飞年首飞6人类的飞行世纪人类的飞行世纪未来的发展？未来的发展？X43高超声速飞行器高超声速飞行器X45无人攻击机无人攻击机SAI-SAX40静音飞行器静音飞行器X50新概念飞行器新概念飞行器7NASANASA的构想的构想任务自适应、任务自适应、提高飞行性能提高飞行性能8智能变体飞行器的概念智能变体飞行器的概念9智能变体飞行器的概念智能变体飞行器的概
3、念10智能变体飞行器的概念智能变体飞行器的概念11变体飞行器发展历史变体飞行器发展历史-鸟类的启示鸟类的启示12变体飞行器发展历史变体飞行器发展历史 可收放式起落架可收放式起落架增升装置增升装置变后掠翼变后掠翼可变倾角机头可变倾角机头 倾转旋翼倾转旋翼推力矢量喷口推力矢量喷口刚性变体形式刚性变体形式13变体飞行器发展历史变体飞行器发展历史柔性变体形式柔性变体形式-任务自适应机翼任务自适应机翼14变体飞行器发展历史变体飞行器发展历史柔性变体形式柔性变体形式-主动气动弹性机翼主动气动弹性机翼15变体飞行器发展历史变体飞行器发展历史柔性变体形式柔性变体形式-NASA-NASA兰利的方案兰利的方案16
4、变体飞行器发展历史变体飞行器发展历史柔性变体形式柔性变体形式-变体飞行器结构（变体飞行器结构（MASMAS）NextGen NextGen 滑滑动蒙皮方案动蒙皮方案Lockhead Martin Lockhead Martin 旋转旋转/折叠机翼折叠机翼方案方案17智能变体飞行器的概念智能变体飞行器的概念v变体飞行器的涵义：变体飞行器的涵义：NASA:“变体变体”（Morphing）=高效、多点适应性。高效、多点适应性。高效高效（与传统飞行器相比）：结构更简单、重量效率更高、（与传统飞行器相比）：结构更简单、重量效率更高、能量效率更高、容积效率更高；能量效率更高、容积效率更高；多点多点：多种任
5、务剖面；：多种任务剖面；适应性适应性：功能扩展及在多种飞行条件下保持最优性能。：功能扩展及在多种飞行条件下保持最优性能。DARPA和和AFRL:“变体变体”=状态可变。状态可变。NATO：“变体变体”=实时自适应以在多种飞行条件下实时自适应以在多种飞行条件下保持性能最优。保持性能最优。18智能变体飞行器的概念智能变体飞行器的概念v“智能变体飞行器智能变体飞行器”将新型智能材料、新型作动器、激励将新型智能材料、新型作动器、激励器、传感器无缝隙地综合应用到飞行器的机翼上，通过应器、传感器无缝隙地综合应用到飞行器的机翼上，通过应用灵敏的传感器和作动器，对不断改变的飞行条件做出响用灵敏的传感器和作动器
6、，对不断改变的飞行条件做出响应，光滑而持续地改变机翼的形状，使飞行器始终保持最应，光滑而持续地改变机翼的形状，使飞行器始终保持最佳的性能和执行多种形式的作战任务。佳的性能和执行多种形式的作战任务。v 通过智能变体技术，可实现：通过智能变体技术，可实现：提高飞行品质，扩展飞行包线；提高飞行品质，扩展飞行包线；代替常规控制面，提高飞行控制性能和隐身能力；代替常规控制面，提高飞行控制性能和隐身能力；减小阻力，增加航程；减小阻力，增加航程；减小振动影响，实现颤振主动控制。减小振动影响，实现颤振主动控制。19智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法v系统研究方法系统研究方法-任务需求分析任务需求分析
7、-概念设计方法概念设计方法-多学科设计优化多学科设计优化智能结构力学智能结构力学流场控制流场控制智能控制智能控制多场耦合分析多场耦合分析多尺度分析多尺度分析20智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法v任务需求分析：任务需求分析：需要解决的问题：为什么要使用变体飞行器技术？何需要解决的问题：为什么要使用变体飞行器技术？何时使用？时使用？并不是在所有的情况下使用变体飞行器技术都是最高并不是在所有的情况下使用变体飞行器技术都是最高效的。效的。重量重量费用费用性能性能Trade-off21智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法22智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-概念设计概念设
8、计23智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-概念设计概念设计24智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-MDO-MDO25智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-MDO-MDO序列优化设计序列优化设计目标目标 26智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-MDO-MDO27智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-MDO-MDO气动气动/结构结构/动力学耦合分析动力学耦合分析Jamshid A.SamarehJamshid A.Samareh等，等，2007200728智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法需求：需求：大尺度变形；大尺度变形；轻质；轻质；高强度
9、比；高强度比；高效驱动器高效驱动器29变形机构变形机构30自适应结构自适应结构31多功能材料多功能材料v 32多功能材料多功能材料v 33多功能材料多功能材料v 形状记忆聚合物形状记忆聚合物v 多稳态材料多稳态材料v 电电/磁流变液材料磁流变液材料v 超磁致伸缩材料超磁致伸缩材料v 34智能蒙皮智能蒙皮 35智能蒙皮智能蒙皮柔性蜂窝蒙皮柔性蜂窝蒙皮（零（零/负刚度、泊松比材料）负刚度、泊松比材料）36智能驱动器智能驱动器37智能驱动器智能驱动器38智能驱动器智能驱动器39智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-流场控制流场控制40智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-多体动力学分
10、析多体动力学分析41智能变体飞行器研究方法智能变体飞行器研究方法-控制系统控制系统外形控制外形控制飞行控制飞行控制 机械动力学系统的建模、简化与控制；机械动力学系统的建模、简化与控制；智能结构的精确动态形状控制；智能结构的精确动态形状控制；共享信道的大规模分布式系统的协调控制；共享信道的大规模分布式系统的协调控制；非线性气动弹性与主动变形耦合系统的控制；非线性气动弹性与主动变形耦合系统的控制；变体飞行器的多体系统建模与简化；变体飞行器的多体系统建模与简化；变体飞行器飞行控制技术。变体飞行器飞行控制技术。关键技术：关键技术：42未来大型飞机应用未来大型飞机应用起落架收起起落架收起起落架放下起落架
11、放下主要噪声源：起落架、增升装置、离散操纵面等主要噪声源：起落架、增升装置、离散操纵面等离散操纵面离散操纵面连续操纵面连续操纵面降噪降噪43未来大型飞机应用未来大型飞机应用智能变体技术智能变体技术提高燃油效率，减少废弃物排放提高燃油效率，减少废弃物排放以上数据基于空客以上数据基于空客A340-Wolfgang Schneider,EADS Airbus44开展的工作开展的工作12345开展的工作开展的工作v任务需求分析：任务需求分析：变后掠翼：变后掠翼：在不同飞行速度下保持最优气动外形；在不同飞行速度下保持最优气动外形；可伸缩机翼：可伸缩机翼：改变机翼面积、改变展弦比获得最优气动改变机翼面积、
12、改变展弦比获得最优气动外形，不对称伸缩可实现滚转控制。外形，不对称伸缩可实现滚转控制。v在已有的技术上重新设计机构、减轻机构重量。在已有的技术上重新设计机构、减轻机构重量。不同气动布局下的最大升阻比不同气动布局下的最大升阻比46开展的工作开展的工作试飞模型试飞模型外翼和可伸缩内翼外翼和可伸缩内翼变形机构变形机构47开展的工作开展的工作CATIACATIA数字样机模型数字样机模型48开展的工作开展的工作地面变形地面变形49开展的工作开展的工作试飞现场试飞现场空中变形空中变形50总结总结v 智能变体飞行器有诸多优势：智能变体飞行器有诸多优势：扩充飞行包线，适应多任务模式扩充飞行包线，适应多任务模式
13、 替换操纵面，改善飞行性能和隐身能力替换操纵面，改善飞行性能和隐身能力 减小阻力，增大航程减小阻力，增大航程 减振，实现颤振主动控制减振，实现颤振主动控制 v 智能变体飞行器的研究方法主要从两方面出发：智能变体飞行器的研究方法主要从两方面出发：系统分析方法系统分析方法 各学科分析方法各学科分析方法v 变体飞行器并不是在所有的情况下都是最好的选择，必变体飞行器并不是在所有的情况下都是最好的选择，必须对飞行器的任务需求做好分析；须对飞行器的任务需求做好分析；51总结总结v 集成、耦合是变体飞行器技术的主要特点；集成、耦合是变体飞行器技术的主要特点；v 材料材料/结构依然是制约变体飞行器发展的主要因素；结构依然是制约变体飞行器发展的主要因素；v 各学科都将面临新的挑战：使用非常规设计方法提高飞各学科都将面临新的挑战：使用非常规设计方法提高飞行器的效率；行器的效率；v 智能飞行器技术将大大推动飞行器设计技术的的发展。智能飞行器技术将大大推动飞行器设计技术的的发展。
