[科普中国]-柔性翼肋

柔性翼肋自适应机翼概念

图1(a)所示为一种后缘为柔性翼肋的自适应机翼，这种结构使机翼弯度不仅可以沿弦向变化，还能够沿展向差动变化以实现机翼的自适应扭转，并且保证机翼具有光滑的翼型轮廓，不增加额外的缝隙，如果技术研究成熟，可以用来代替传统的襟翼和副翼操纵面。机翼后缘的蒙皮由这些主动变形的柔性翼肋支撑，这种柔性翼肋是由一些独立的刚性单元用转轴和滑动铰相互连接而成的，并且每个翼肋都可以单独驱动。柔性翼肋依靠其内部单元的偏转运动并以一定运动学规律实现预期的机翼剖面形状变化。在图1(b)中，以第三个单元为例，说明柔性翼肋单元的构成原理。翼肋单元由一个“内板”和两个“外板”构成，每个单元都有4个连接孔，其中外侧两个孔用来安装滑动铰，内侧两个孔用来安装转轴。1

柔性可变弯度自适应机翼柔性可变弯度自适应机翼可以使飞机根据不同飞行状况和结构承受载荷，激励驱动元件使得机翼发生扭转或弯曲等变形，以改变翼形和攻角，从而获得最佳的气动特性。和常规的操纵面相比，自适应机翼在减轻重量、简化驱动机构、降低临界载荷、改善雷达散射截面以及尽可能增大升阻比等方面也存在着巨大的优势和潜力。目前对柔性可变弯度机翼的研究主要是基于密歇根大学的Kota教授提出的用柔性机构实现前、后缘可变的设计思想，在此基础上采用基于SIMP密度-刚度插值模型的柔性机构拓扑优化设计，设计可实现机翼前、后缘连续变弯的柔性翼肋机构。该柔性机构可通过简单的驱动控制实现翼肋前、后缘有效变形。在机翼结构中采用这种柔性翼肋，通过驱动控制柔性翼肋形状变形可以实现整体机翼的变形。柔性翼肋在整体机翼结构中的使用不同于传统的固定翼结构，需要考虑柔性翼肋变形的有效性同时保证结构稳定，柔性翼肋变形的驱动装置布置等。2

柔性机翼中的柔性翼肋分布设计柔性翼肋除承受局部气动载荷和维持机翼外形作用外，还要实现使机翼连续变弯的作用。为了便于通过翼肋变弯实现机翼变弯，翼肋采用正交布置形式即翼肋布置垂直于梁。肋间距与蒙皮、壁板的失稳临界应力有关。小肋距可以使临界应力提高，减轻壁板重量，减小单个柔性肋板变弯所需的力，但是肋的总重量会增加，同时使柔性肋的驱动装置布置变的复杂。而较大的肋距可以减轻肋的总重量，简化柔性肋的驱动装置布置，同时肋间距的增大使蒙皮的临界应力减小，因此为满足机翼承受气动力的要求需要增加蒙皮厚度，而柔性翼肋又要求蒙皮尽可能有较好的柔性以便容易驱动机翼变弯。因此柔性翼肋的分布必须从翼肋承受气动载荷和施加机翼变形驱动以及减轻结构总量等方面综合分析考虑。在机翼的适当部位可以通过采用滑动蒙皮的形式实现机翼对承受气动力及实现翼肋变弯、伸缩等的综合要求。2