控制结构尺寸是翼身融合设计的主要挑战。这种飞机配置通常具有位于机翼后缘的冗余升降副翼,同时作用于俯仰轴和滚转轴。因此,适当的尺寸需要考虑纵向和横向的耦合标准。此外,由于较大的控制面面积而产生的显著铰链力矩,加上为了安全控制纵向不稳定性而产生的高偏转率,可能会导致过多的功耗和执行器质量损失。因此,在初步设计阶段,非常希望最小化控制面面积,同时确保足够的闭环操纵品质,并限制偏转和偏转率。这里解决了不稳定翼身融合飞机的控制面尺寸和飞行控制律的集成设计问题。使用最新的结构化控制器 H ∞ 非光滑优化工具,在单个步骤中优化纵向和横向控制律以及控制分配模块的增益,同时最小化控制面跨度。确保以下约束:1) 飞行员纵向拉起、2) 飞行员倾斜角度顺序和 3) 纵向湍流的最大偏转角和偏转率。使用这种耦合方法,与初始布局相比,外副翼跨度显著增加,而闭环操纵质量
图 2。椎腔 X 射线参数。(A): Ba:椎底(枕骨大孔前缘的最下点);EsfL:蝶骨线(与蝶骨下缘相切,与 Ba 成正比);PL:腭线(从鼻棘前部到鼻棘后部);Pm:翼上颌线(鼻底边缘与上颌骨后缘的交点);PmL:翼上颌线(与 Pm 成垂直于 PL 成正比);aa:寰椎前部(寰椎最前点);aaL:寰椎前线(与 aa 成垂直于 PL 成正比)。(B): S:鞍区(位于鞍区的几何中心);Ba:椎底; S 0 :S-Ba 距离中点;Pm:翼上颌;ad 1 :Pm-Ba 线与咽扁桃体边界的交点;ad 2 :Pm-S 0 线与咽扁桃体边界的交点。(C): PHF:法兰克福水平面;Pt:翼突(圆孔下缘与翼腭窝后部交点处的点);PtV:垂直翼突(与 PHF 垂直于 Pt 的线);PtV-Ad:咽扁桃体边界与 PtV 之间的距离。(D): SP:上咽。
提出了鱼骨主动弯曲 (FishBAC) 变形结构。这种新颖的、受生物启发的概念由四个主要元素组成:一个柔顺的骨架核心、一个预张紧的弹性基质复合材料柔顺蒙皮、一对与不可反向驱动的卷轴滑轮耦合的拮抗肌腱作为驱动机构,以及一个非变形主翼梁。FishBAC 概念能够产生翼型弯曲的大变化,因此被提议作为一种适用于固定翼飞机、直升机、风力涡轮机、潮汐涡轮机和倾转旋翼机的大型、连续可变弯曲解决方案。为了考虑该概念相对于现有技术的空气动力学性能,使用 FishBAC 概念对具有平整后缘襟翼的 NACA 0012 基线翼型和具有连续变形后缘的相同基线翼型进行了比较。在斯旺西大学的低速风洞中对一系列弯曲变形和攻角进行了测试。发现这两种方法都能产生类似的升力系数,但阻力结果的比较表明 FishBAC 几何形状的阻力显著降低。在通常用于固定翼和旋翼应用的攻角范围内,升力效率提高了 25% 左右。
在概念设计期间,预测抖振起始边界时会出现一个问题。由于有效载荷航程和巡航高度能力面临的压力,改善抖振起始边界往往非常重要。它是确定运输机低音速和跨音速性能的主要限制之一。抖振是一种由气流分离或冲击波振荡引起的高频不稳定性,可看作是一种随机受迫振动。根据攻角和自由流速度,气流分离可产生气动激励。后缘的分离边界层会产生湍流尾流,如果此尾流撞击水平尾翼面等,抖振就会影响飞机结构的尾部。由于抖振会限制设计升力系数,因此可能会限制飞机的最大升阻比和运行上限。这意味着,如果没有准确考虑抖振,设计师进行的性能计算可能与飞机的实际性能不符,因为 Breguet 射程方程和耐久性方程都是升力和阻力特性的函数。简而言之,本论文研究的主要动机是创建一种更先进但快速的跨音速抖振起始预测工具,以便在概念设计阶段实现更大的设计自由度。这意味着该工具应该比传统工具更快,它应该可靠并且能够处理非常规配置。此外,它应该以模块化方式构建,以便于使用、更改和更换工具的部件。