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伸缩机翼技术是近年来智能变形飞行器领域非常重要的课题与方向之一。伸缩机翼技术对于飞行速度在低速到跨音速范围的飞机有着较为突出的优点,它能显著改变展弦比来适应不同飞行任务,有效改善飞行器的性能,极大提高飞行器续航能力及机动性,减小飞机超音速飞行时空气激波阻力的不利影响。变形机构技术作为伸缩机翼飞机的物质基础,是伸缩机翼技术的核心技术。针对伸缩机翼变形机构设计难点,本文提出了基于菱形结构的伸缩机翼变形机构设计思路及其方案,并分析了变形机构的受力特点,进行了构件尺寸和形状优化,对其同步控制方案进行了选型,最后通过样机试验,测试了所设计的变形机构的机械性能及同步性,验证了方案的可行性。
本文首先对伸缩机翼变形机构的设计要点进行了探讨,分析了机翼载荷、振动、翼型几何参数和平面形状、变形控制要求等因素给变形机构设计带来的难点,为伸缩机翼变形机构的方案设计提供了指导依据。
然后依据菱形结构的特性及具体的设计要求,提出了两种基于菱形结构的伸缩变形机构的整体设计方案。对两种方案作了相应的动力学及受力分析,从稳定性、驱动力需求、质量、应用性等方面综合评估分析和比较了两种方案,从理论方面验证了菱形结构应用于伸缩机翼变形机构的可行性。
接下来通过对变形机构具体设计过程的零件尺寸与质量的优化、零件布局、模块化设计等,提出了一些关于菱形伸缩变形机构的优化设计思想,为以后的相关工作提供了工程技术上的参考意见。
最后,为验证所设计的机构的可靠性与稳定性,进行了样机实验测试。分析研究了多种多电机控制方案与底层运动控制系统,通过对比其优劣及联合伸缩机翼飞机变形过程特点,确定了试验样机的双电机位移并行控制,PC-电机控制盒两级控制的同步控制策略。实验结果表明:基于菱形结构的伸缩机翼变形机构能够满足设计要求;恒力弹簧的应用则进一步将两侧外翼伸缩的同步误差减小约50%,从而使外翼伸缩过程中的同步性能满足设计要求。
论文的最后给出了下一步的工作内容。主要是该变形机构伸缩机翼的风洞试验,进一步验证基于菱形结构伸缩机翼变形机构在实际飞行环境中的可靠稳定性及伸缩机翼飞行的整体气动性能。