[发明专利]超大展弦比轻质高升阻比机翼的制造方法及其制造的机翼

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器领域，尤其是超大展弦比轻质高升阻比机翼的制造方法及其制造的机翼。

背景技术

超大展弦比飞行器具有很高的巡航升阻比和巡航效率，可以大幅提高飞行器的航程、航时，并减少燃油消耗。因而超大展弦比飞行器在运输、环境监测和通信中继等方面，具有非常广阔的发展前景，日益受到世界各国的重视。

超大展弦比飞行器采用大展弦比机翼布局，其强度和刚度普遍偏小。这种结构可能带来以下后果：超大展弦比飞行器受到气动载荷时，机翼会产生很大的上翘和扭转变形，甚至产生永久变形；同时，超大展弦比飞行器的机翼长期承受复杂载荷，容易发生损伤积累，导致机翼结构破坏；结构的刚度特性不能保障颤振临界速度的要求（如阵风扰动等）；结构在长期随机载荷（小于最大载荷）反复作用下，机翼的安全寿命降低；超大展弦比飞行器的机翼结构，在载荷作用下，达到平衡态时的结构与变形前的设计结构相比，具有明显的几何差异，而结构的变形又将使气动载荷重新分布，这将导致飞机操纵效能降低、反效，甚至失效；前述变形严重影响着飞机的气动性能，尤其是横侧向气动特性，使飞行器偏离原设计点，飞行器的飞行速度受到限制，飞行品质受到影响，影响飞行器的飞行安全；大展弦比飞行器机翼的强度和刚度偏小的特征，将会降低飞行器的颤振临界速度。

为提高大展弦比飞行器机翼的强度和刚度，消除或降低上述强度和刚度偏小所导致的负面效果，目前通常采用以下途径和方法：（1）从机翼设计方法上进行改进，综合考虑强度约束、气动弹性约束，甚至是工艺约束等要求，对机翼刚度进行优化设计，寻找在满足约束条件的前提下，产生最佳机翼结构刚度分布设计的可能性，并进行机翼结构构件参数优化或构件布置（位置）优化设计；（2）改进机翼结构的传力路线的布置方式，防止主要受力件的打断、转折等不利的传力路线，降低不必要的附加力；（3）采用复合材料气动剪裁优化设计方法，在结构重量不变的前提下，也能起到一定的提高机翼抗弯、抗扭性能的作用；（4）通过直接与液压助力器连接等的形式，在操纵系统中增加颤振阻尼器，以消耗颤振能量；（5）通过主动阻尼控制技术等方法，通过感测机翼弯曲运动的速度，来控制操纵副翼或直接升力操纵面，以降低飞机遭遇阵风等因素时的弹性变形，改善飞行器的操作性能。通过对这些优化设计方法的深入研究，可以在一定程度上继续提高机翼的强度和刚度；但是，这些传统的优化方法已经比较成熟，采用现有方法设计出来的待优化机翼，对这些成熟方法进行进一步深入研究对大展弦比机翼的抗弯、抗扭性能的提升空间有限。

另一种提高大展弦比飞行器机翼的强度和刚度的途径是从材料上着手，可以从静强度、重量、加工性能、疲劳性能等各种特性中权衡，综合选择弹性模量大、静强度和疲劳性能好的材料,恰当地应用于机翼的不同结构部位；由于变形体断面的尺寸和形状对刚度的影响最大，采取增大变形体断面的几何特征参数(如加厚蒙皮厚度，主梁的厚度和宽度等)的方法，可以提高机翼的抗弯、抗扭刚度。但是，增大变形体断面的尺寸的这种方法，需要增加机翼的结构重量，这就意味着结构效率、经济性和竞争力的降低。

综上所述，当前采用的提高大展弦比机翼的强度和刚度的一些优化设计方法，进一步提升空间有限，而采取增大变形体断面的几何特征参数的方法，则需增加机翼的结构重量，效果均不佳。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对当前采用的提高大展弦比机翼的强度和刚度的一些优化设计方法，进一步提升空间有限，而采取增大变形体断面的几何特征参数的方法，则需增加机翼的结构重量，效果均不佳的问题，提供一种超大展弦比轻质高升阻比机翼的制造方法及其制造的机翼。本发明根据飞行器总体构型，将机翼分成若干段，按照一定方式分段布置张线，研究结果表明，本发明利用张线的“拉”与机翼本身的“压”来代替机翼原来弯曲作用，可以在基本不增加结构重量的前提下，大幅提高大展弦比机翼的刚度和强度。大展弦比机翼的展弦比超过15，具有极高的升阻比。本发明对于展弦比超过15的超大展弦比机翼，在同样的结构重量和气动性能下，可以大幅度提高大展弦比机翼的刚度和强度，将气动弹性变形降低到传统机翼的10%以内。或者在保持气动性能不降低和弹性变形不增大的情况下，大幅降低结构重量。本发明对于超大展弦比机翼进入实用具有重要意义，能够大幅提高飞机、无人机的巡航效率，节省燃油消耗，降低成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

超大展弦比轻质高升阻比机翼的制造方法，包括如下步骤：

一、根据飞行器总体设计要求，确定机翼的展长和展弦比；