机翼可折叠的飞翼布局飞行器验证机

熊邦++王蔚泽++徐显超

摘要：飞翼布局飞行器拥有很高的气动效率，常规飞翼布局飞行器无法安装大襟翼，使得飞机的起降与巡航效率之间相互矛盾.设计一款机翼可以在空中向下折叠的飞行器，起飞降落阶段，机翼展开，使得飞机的起降距离减短；在巡航阶段，机翼折叠收起，减少阻力，提高巡航效率。对验证机进行FULENT气动分析，随着飞行速度的增加，折叠状态下的升阻比大于展开的状态，气动效果明显提升。

关键词：飞翼布局 变体 气动

中图分类号：V21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1绪论

1.1机翼可折叠的飞翼布局无人机简介

飞翼布局飞行器拥有很高的气动效率，但飞翼布局飞行器不能像常规飞行器一样在机翼后缘安装巨大的增升装置，为了保证气动效率，把翼面积做小，这使得飞翼布局飞行器起降品质降低。要保证起降品质，把翼面积做大，但气动效率有会大打折扣[1]。

变体飞行器分为多种形式。主要有主动气动弹性机翼（AAW）、滑动蒙皮机翼、压缩机翼、折叠机翼。在这里我们研究的是折叠机翼形式。

1.2本文研究内容

国内外所研究的可折叠的变体飞行器都是以机翼向上折叠，在飞机起飞的时候基于打开，飞机巡航的时候机翼向上折叠减阻，而本文所做的工作是机翼向下折叠，翼面积变化大，带来的效果更明显，但其难度系数更大。机翼折叠图1如下。

图1 机翼折叠前、后的CATIA图

2飞机的设计

为了使得飞机的总体重量更轻，整机的设计重量控制在3.5Kg，对于机身，机翼的制造上的选材，泡沫塑料，利用热切割技术把飞机的外形切出来，然后在表面刷上玻璃纤维，最后对其机翼进行冲真空加热，做出来的机翼强度大，质量轻。

变体飞行器由于飞翼布局，整架飞机就是以整块的机翼组成的，而为了实现机翼的折叠，在外机翼和内机翼之间我们需要安装4个驱动器，驱动器是折叠机翼的核心部分[2]，过重的驱动器使得优势不明显，过于单薄的驱动器又将使得飞机安全性降低，所以，驱动器是该飞机的重点和难点。以往的变体飞行器，驱动器占飞机重量比重较大，导致优势不明显，一架飞机有四个关节共需要四个，减少折叠驱动器自重是实现高效飞行的关键。驱动器的构型为电机驱动，涡轮蜗杆减速，重量不大于300g每个，其设计扭矩为2*m*l*g，m为飞行器起飞重量，单位公斤；l为机翼展向的气动重心到驱动器的展向距离，单位米。g为重力加速度。

3 FLUENT软件分析结果

飞机的机翼折叠和展开的状态在FLUENT中的计算分析[3]，如图2所示。

图2 不同状态下的机翼FLUENT分析

图3 机翼展开、折叠状态升阻比随速度变化图

有上述图3可知，当飞行速度大时，折叠状态升阻比提高，飞行速度在14m/s时折叠状态的升阻比超过了展开状态的升阻比，当飞行速度达到25m/s时，折叠状态升阻比达到展开状态升阻比的1.66倍。

4 应用前景分析

运用此变体飞行器作为航拍、测绘等工作，在不同的任务阶段，飞机可以通过折叠和展开来达到最优飞行状态，使飞行器可以长时间续航，更好的完成任务。

5 结论

本文的特点在于不同于常规的民用飞行器通过大襟翼来作为主要增升装置，此变体飞机而是通过展开、折叠机翼来增升，解决了飞翼布局飞行器无法通过大襟翼增升的问题。目前我国所研究的折叠翼飞行器都是向上折叠，而我们的是向下折叠，翼面积的变化更大，增升效果更显著。对验证机进行FULENT气动分析，在飞行巡航状态下，折叠状态的升阻比大于展开的状态，气动效果明显提升，说明了理论效果与设计思路相一致，对于未来变体飞行器的发展进行了积极的探索。

参考文献

[1] 王学健. 中国要不要造变体飞机 [J]. 发明与创新，2009，08：15-16.

[2]朱华.刘卫东.变体飞行器及其变形驱动技术[J].机械制造与自动化，2010，07：11-12

[3]庄知龙. 基于CFD的变体飞行器变形过程气动特性及控制问题研究[D]. 南京航空航天大学， 2012.