[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

本發明涉及一種自適應鼓包進氣道變形調節實現方法，屬于飛機進氣道設計領域，其包括以下步驟：1)選取自適應鼓包進氣道的鼓包變形區，鼓包采用柔性復合蒙皮作為鼓包變形區表面結構，通過采用充壓裝置調節鼓包型面形狀；2)分析自適應鼓包的變形和承載要求，確定驅動充壓壓力值；3)確定均勻壓力下柔性鼓包型面變形形狀與材料剛度分布的關系，通過柔性復合蒙皮的材料設計，實現復雜形狀鼓包型面控制。本發明的自適應鼓包進氣道變形調節實現方法可以實現鼓包型面的局部可調變形，鼓包變形區采用的復合柔性蒙皮，可以通過材料設計實現不同的鼓包型面剛度分布，從而在內部均勻充壓情況下形成特定的復雜形狀鼓。

技術領域

本發明屬于變體飛機技術中的飛機進氣道設計領域，尤其涉及一種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。

背景技術

飛機的進氣道是一個重要的氣流調節部件，它對外部來流進行初步壓縮，為發動機提供平穩的氣流，其工作效率和品質直接影響發動機的性能和安全。對于未來超音速、高機動的高性能飛機，進氣道設計必須解決發動機的高低速進氣需求矛盾，在寬速域范圍內保持良好的進發匹配性能。

現階段某些高性能飛機采用剛性變形機構的可調的二元進氣道，用可動壓縮斜面和進氣錐對不同飛行速度下發動機的進氣量進行控制，但尖唇緣導致了飛機低速性能差，且結構重量、成本和占據空間的增加，使得其綜合效率低下，復雜的調節系統帶來隱身性能差的問題，更是無法滿足某些高性能機的要求。目前先進的高性能飛機越來越多的采用了DSI(Diverterless Supersonic Inlet)進氣道，又稱“三維鼓包式無附面層隔道進氣道”，通過簡單的三維型面引導氣流，解決了隱身設計、飛機重量和空間增加問題，但其進氣不可調，只能在設計飛行速度內發揮較高性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種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，用于解決或減輕上述任一問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種自適應鼓包進氣道變形調節實現方法，其包括以下步驟：

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；

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；

7)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。

進一步的，步驟4中喉道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)：

其中，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。