[发明专利]自适应鼓包进气道变形调节实现方法及型面位移控制系统

权利要求书

1.一种自适应鼓包进气道变形调节实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取自适应鼓包进气道的鼓包变形区，所述鼓包变形区为椭圆形，建立鼓包变形区域模型；

2)鼓包变形区采用刚性基础壳面作为低速状态鼓包型面，在刚性基础壳面的上表面和下表面分别布置外柔性蒙皮和内柔性蒙皮，外柔性蒙皮和内柔性蒙皮与刚性基础壳面的椭圆底面周边固接形成外密闭容腔和内密闭容腔；外柔性蒙皮和内柔性蒙皮之间通过多根连接件连接，连接件穿过刚性基础壳面且能够随柔性蒙皮变形而滑动，并通过充压装置调节鼓包型面高低以构成型面位移控制系统；

3)外柔性蒙皮和内柔性蒙皮采用基于弹性基体的高弹纤维增强复合材料，所述高弹纤维由独立的经向纤维和纬向纤维组成，其中经向纤维和纬向纤维的分布能够通过铺丝控制密度；

4)根据飞机对进气道喉道面积的变化量要求，设计鼓包变形的高低型面位置，分析鼓包从低型面变化到高型面过程中鼓包型面上的应变水平，其中，喉道面积变化量的最大可变化面积为ΔA＝A(h₂)-A(h₁)，其中鼓包型面截线和底面截线围成的区域面积A(h)：

式中，b为椭圆半轴，h为鼓包最大变形高度，h₁为最低型面位置鼓包高，h₂为最高型面位置鼓包高；

5)根据鼓包型面在不同充压值情况下的承载能力确定密闭容腔的充压值；

6)确定均匀压力下柔性鼓包型面变形形状与柔性蒙皮的材料刚度分布关系，建立柔性蒙皮力学性能与基体和纤维的材料性能、纤维体积比、纤维分布方式有关的计算模型，由于柔性蒙皮由弹性基体和高弹纤维组成，其力学性能与基体和纤维的材料性能、纤维体积比、纤维分布方式有关，因此柔性蒙皮高弹纤维的力学模型为：定义经向纤维相对体积含量c_fx，纬向纤维相对体积含量c_fy，两个量相互独立，分别是x和y的函数；

基本假设柔性蒙皮为单向拉伸时，纤维和基体在纤维方向的应变是相等的，因此串联模型的单层复合材料宏观正交各向异性弹性常数表达式为：

E₁＝E_fc_f+E_mc_m，ν₁₂＝c_fν_f+c_mν_m，

式中：E、G、ν、c分别表示材料的弹性模量、剪切模量、泊松比及相对体积含量，下标f表示纤维、m表示基体；

对于经纬分布的纤维增强复合材料，可得纤维的各项弹性常数，选取尺寸为dx×dy×t的微元体，将其看成经/纬向纤维相对体积含量分别为c_fx、c_fy的均质复合材料，引入并联模型对材料性能的影响，并假设E_fx＝E_fy＞＞E_m可得：

E_x＝E_fxc_fx+E_mc_m+(1-C)E_m/c_m+C(E_fyc_fy+E_mc_m)

E_y＝E_fyc_fy+E_mc_m+(1-C)E_m/c_m+C(E_fxc_fx+E_mc_m)

式中，C为接触系数；

7)定义柔性蒙皮鼓包模型中经向纤维分布的相对体积含量沿x轴函数为c_f(x)，纬向纤维分布的相对体积含量沿y轴函数为c_f(y)，利用上述公式可以得到鼓包不同位置处复合柔性蒙皮材料性能随x，y坐标的变化，通过对柔性蒙皮纤维的网格分布和优化，使得柔性蒙皮在鼓包型面各位置的刚度分布不同，得到其在单调均布压力作用下形成特定的复杂形状鼓包型面。