[發明專利]自適應鼓包進氣道變形調節實現方法及型面位移控制系統

有效

• 申請號: 201711172914.6
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN108104951B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 程文杰
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: F02C7/042
• 分類號: F02C7/042;F02C7/057
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

1.一種自適應鼓包進氣道變形調節實現方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選取自適應鼓包進氣道的鼓包變形區，所述鼓包變形區為橢圓形，建立鼓包變形區域模型；

2)鼓包變形區采用剛性基礎殼面作為低速狀態鼓包型面，在剛性基礎殼面的上表面和下表面分別布置外柔性蒙皮和內柔性蒙皮，外柔性蒙皮和內柔性蒙皮與剛性基礎殼面的橢圓底面周邊固接形成外密閉容腔和內密閉容腔；外柔性蒙皮和內柔性蒙皮之間通過多根連接件連接，連接件穿過剛性基礎殼面且能夠隨柔性蒙皮變形而滑動，并通過充壓裝置調節鼓包型面高低以構成型面位移控制系統；

3)外柔性蒙皮和內柔性蒙皮采用基于彈性基體的高彈纖維增強復合材料，所述高彈纖維由獨立的經向纖維和緯向纖維組成，其中經向纖維和緯向纖維的分布能夠通過鋪絲控制密度；

4)根據飛機對進氣道喉道面積的變化量要求，設計鼓包變形的高低型面位置，分析鼓包從低型面變化到高型面過程中鼓包型面上的應變水平，其中，喉道面積變化量的最大可變化面積為ΔA＝A(h₂)-A(h₁)，其中鼓包型面截線和底面截線圍成的區域面積A(h)：

式中，b為橢圓半軸，h為鼓包最大變形高度，h₁為最低型面位置鼓包高，h₂為最高型面位置鼓包高；

5)根據鼓包型面在不同充壓值情況下的承載能力確定密閉容腔的充壓值；

6)確定均勻壓力下柔性鼓包型面變形形狀與柔性蒙皮的材料剛度分布關系，建立柔性蒙皮力學性能與基體和纖維的材料性能、纖維體積比、纖維分布方式有關的計算模型，由于柔性蒙皮由彈性基體和高彈纖維組成，其力學性能與基體和纖維的材料性能、纖維體積比、纖維分布方式有關，因此柔性蒙皮高彈纖維的力學模型為：定義經向纖維相對體積含量c_fx，緯向纖維相對體積含量c_fy，兩個量相互獨立，分別是x和y的函數；

基本假設柔性蒙皮為單向拉伸時，纖維和基體在纖維方向的應變是相等的，因此串聯模型的單層復合材料宏觀正交各向異性彈性常數表達式為：

E₁＝E_fc_f+E_mc_m，ν₁₂＝c_fν_f+c_mν_m，

式中：E、G、ν、c分別表示材料的彈性模量、剪切模量、泊松比及相對體積含量，下標f表示纖維、m表示基體；

對于經緯分布的纖維增強復合材料，可得纖維的各項彈性常數，選取尺寸為dx×dy×t的微元體，將其看成經/緯向纖維相對體積含量分別為c_fx、c_fy的均質復合材料，引入并聯模型對材料性能的影響，并假設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為接觸系數；

7)定義柔性蒙皮鼓包模型中經向纖維分布的相對體積含量沿x軸函數為c_f(x)，緯向纖維分布的相對體積含量沿y軸函數為c_f(y)，利用上述公式可以得到鼓包不同位置處復合柔性蒙皮材料性能隨x，y坐標的變化，通過對柔性蒙皮纖維的網格分布和優化，使得柔性蒙皮在鼓包型面各位置的剛度分布不同，得到其在單調均布壓力作用下形成特定的復雜形狀鼓包型面。