[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

说明书

本发明涉及一种自适应鼓包进气道变形调节实现方法，属于飞机进气道设计领域，其包括以下步骤：1)选取自适应鼓包进气道的鼓包变形区，鼓包采用柔性复合蒙皮作为鼓包变形区表面结构，通过采用充压装置调节鼓包型面形状；2)分析自适应鼓包的变形和承载要求，确定驱动充压压力值；3)确定均匀压力下柔性鼓包型面变形形状与材料刚度分布的关系，通过柔性复合蒙皮的材料设计，实现复杂形状鼓包型面控制。本发明的自适应鼓包进气道变形调节实现方法可以实现鼓包型面的局部可调变形，鼓包变形区采用的复合柔性蒙皮，可以通过材料设计实现不同的鼓包型面刚度分布，从而在内部均匀充压情况下形成特定的复杂形状鼓。

技术领域

本发明属于变体飞机技术中的飞机进气道设计领域，尤其涉及一种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。

背景技术

飞机的进气道是一个重要的气流调节部件，它对外部来流进行初步压缩，为发动机提供平稳的气流，其工作效率和品质直接影响发动机的性能和安全。对于未来超音速、高机动的高性能飞机，进气道设计必须解决发动机的高低速进气需求矛盾，在宽速域范围内保持良好的进发匹配性能。

现阶段某些高性能飞机采用刚性变形机构的可调的二元进气道，用可动压缩斜面和进气锥对不同飞行速度下发动机的进气量进行控制，但尖唇缘导致了飞机低速性能差，且结构重量、成本和占据空间的增加，使得其综合效率低下，复杂的调节系统带来隐身性能差的问题，更是无法满足某些高性能机的要求。目前先进的高性能飞机越来越多的采用了DSI(Diverterless Supersonic Inlet)进气道，又称“三维鼓包式无附面层隔道进气道”，通过简单的三维型面引导气流，解决了隐身设计、飞机重量和空间增加问题，但其进气不可调，只能在设计飞行速度内发挥较高性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种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，用于解决或减轻上述任一问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自适应鼓包进气道变形调节实现方法，其包括以下步骤：

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；

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；

7)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。

进一步的，步骤4中喉道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)：

其中，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。