基于多功能蒙皮的机翼后缘变体特性监测研究

摘要

变体机翼能够显著增强飞行控制能力、减小气动阻力、减轻结构重量，并改善机翼颤振特性和抵御突风的能力，从而提高飞机机动性能。改变机翼前、后缘的偏转角度能够有效的提高气动效率，因此成为当前变体机翼研究的热点之一。
　　本文的主要研究内容包括以下几个方面：
　　首先，在对波纹型复合材料蒙皮有限元法分析的基础上，使用PATRAN对U型蒙皮波纹半径、构型厚度和铺层数量等结构参数进行优化，综合考虑多项力学指标，获得力学性能较为优越的结构尺寸；并对其固有特性进行仿真分析，得到蒙皮的前四阶固有频率分别为4.99Hz、18.48Hz、28.74Hz和40.37Hz，为后续的测试实验提供激振频率的依据。
　　其次，设计制作了玻璃纤维增强型复合材料蒙皮试件，并以冲击激振实验验证有限元建模的可靠性。仿真及实验结果表明：10层、1.2mm铺层厚度，半径为4mm的U型蒙皮具有最优的综合力学性能，填充胶体能够在不影响拉伸性能的前提下有效增强试件的抗弯能力；通过冲击激振实验，对U型柔性机翼蒙皮和其结构的模态参数进行识别，并得到覆有U型蒙皮的自适应机翼后缘结构的固有频率为13.08Hz，U型柔性机翼蒙皮的模态参数识别值与有限元仿真结果具有较高的吻合度（误差0.2％～7.4%），验证其有限元建模的可靠性。
　　最后，设计制作以某型号无人机为原型的变体机翼后缘，并将玻璃纤维复合材料U型蒙皮应用于该结构，用激振器对机翼后缘激振并进行应变测试研究，采用巴特沃斯带通滤波器，提高不同激振频率下的动态应变信号信噪比，并在时域范围内提取动态信号中能够反映机翼后缘偏转角度的静态应变信息。测试结果表明：覆有U型蒙皮的自适应机翼后缘结构的固有频率为13.08Hz；不同激振频率下动态应变信号中提取的静态应变值，与给定标准应变信息吻合较好，能够较为准确反映机翼后缘偏转角度。
　　本研究主要是对用于变体机翼后缘的U型柔性蒙皮的结构和固有特性进行仿真分析及相关应变实验测试，可为进一步研究变体机翼提供有益的参考、实验基础及数据支持。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 变体机翼概述

1.2 论文的选题意义及主要工作

第二章 复合材料蒙皮有限元分析

2.1 有限元分析方法

2.2 有限元建模与分析

2.3 本章小结

第三章 U型柔性机翼蒙皮的实验研究

3.1蒙皮力学测试实验

3.2蒙皮的模态实验分析

3.3本章小结

第四章 变体机翼后缘的U型柔性机翼蒙皮的应变测试

4.1 动态应变测试系统的组成

4.2 动态应变测试试验

4.3本章小结

第五章 U型柔性机翼蒙皮应信号的处理

5.1 数字滤波器的设计

5.2动态应变信号处理

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 课题展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文