國外變形飛行器的研究現(xiàn)狀

明新迪

摘要：隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，飛行器技術(shù)在國內(nèi)外都得到了非常迅猛的發(fā)展，傳統(tǒng)飛行器的飛行方式很難完成某些特定的任務(wù)和飛行要求，所以變形飛行器越來越受到各國的青睞，得到了更多的發(fā)展機(jī)會，國外對于變形飛行器的研究從未停止，變形飛行器的技術(shù)水平也在不斷提升。變形飛行器的方案會對變形飛行器性能造成最直接的影響，本文對國外變形飛行器的變形方案進(jìn)行了研究，并對變形飛行器的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：變形飛行器;國外;現(xiàn)狀研究

引言

變形飛行器的概念早在一百多年前就被提出，其靈感來源于天空中飛翔的鳥兒，但是由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，無法運用到飛機(jī)上。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，變形飛行器被很好地研究并且利用起來，變形飛行器可以根據(jù)需求改變自己的形態(tài)，從而完成各式各樣的任務(wù)，變形飛行器對于各個國家航天、軍事水平的發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實意義。當(dāng)前很多國外國家都在積極對變形飛行器進(jìn)行研究，促進(jìn)變形飛行器技術(shù)的不斷提高。

一、變形飛行器的變形方案

變形飛行器的設(shè)計靈感來自鳥兒，鳥在飛行的過程中翅膀可以隨著飛行不斷變換形狀，讓鳥兒的身體非常靈活，可以在空中自由翱翔，人們想將這一靈感運用到機(jī)翼上，能夠讓飛機(jī)在飛行過程中更加靈活，根據(jù)鳥兒翅膀的變形情況，可以分為大尺度變形、中尺度變形和小尺度變形，其中變形也可以分為平面形狀變化、平面外變形以及翼型的變化。

1.翼的平面形狀變化

翼的平面形狀變化中展長和后掠角關(guān)系到翼的升阻比，能夠增加飛機(jī)續(xù)航的時間，展弦比變化會導(dǎo)致翼的面積發(fā)生改變就會導(dǎo)致飛機(jī)的升力線斜率發(fā)生改變。根據(jù)平面形狀變化的一些基本參數(shù)提出了不同的變形方案。

（1）變后掠翼

變后掠能夠有效解決飛機(jī)高速飛行之間產(chǎn)生的矛盾，大后掠角能夠有效的減少飛機(jī)飛行中受到的阻力影響，而低速飛行時小后掠角能夠提升續(xù)航的能力，還可以讓飛機(jī)很快的提速。變后掠角還可以縮短起飛的距離這樣飛機(jī)就能夠快速起飛，增加快速突防的能力。飛機(jī)在進(jìn)行變后掠時，飛機(jī)的質(zhì)心以及壓心都會發(fā)生一定程度上的改變，側(cè)向穩(wěn)定性和縱向穩(wěn)定性都會受到影響。

（2）變展長翼

展長可以增加飛機(jī)飛行的航程，讓飛機(jī)燃油的使用效率更高，但是會降低飛機(jī)的機(jī)動性。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，展弦比較低的飛機(jī)在飛行速度和機(jī)動性上表現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢，但是氣動性比較差。變展長翼可以提高飛行的飛行速度同時提升飛機(jī)的續(xù)航能力，增加飛機(jī)的翼展提升展弦比以及翼面積能夠降低飛機(jī)在上升過程中受到的阻力，從而讓飛機(jī)的續(xù)航能力更強。當(dāng)前擁有的變展長翼中大多數(shù)為內(nèi)部伸縮結(jié)構(gòu)，通過改變外翼的伸縮實現(xiàn)展弦比的改變，當(dāng)翼長短時，也就是只有內(nèi)翼時，飛機(jī)受到的阻力小，能夠很快的加速。當(dāng)外翼展開時，展弦比增大從而提高了升阻比，便于巡航。

（3）變弦長翼

飛機(jī)的弦長由于零件限制很難進(jìn)行改變，但是有設(shè)計人員設(shè)計出了一種可以通過直流電操作的翼肋，可以改變翼的弦長。

2.翼的平面外變形

（1）翼的扭轉(zhuǎn)

翼的扭轉(zhuǎn)是最早想要實現(xiàn)的變形方式，在最初翼的扭轉(zhuǎn)受到科學(xué)技術(shù)條件的限制很難實現(xiàn)，然而當(dāng)前隨著許多柔軟材料的出現(xiàn)讓翼的扭轉(zhuǎn)變成可能。當(dāng)前可以通過翼型彎度的漸變實現(xiàn)翼的扭轉(zhuǎn)，是的控制面板被分為幾段，通過偏心杠桿實現(xiàn)平面外的形變，翼的表面包裹的是柔軟的硅有機(jī)樹脂蒙皮。

（2）翼的上反角

提高翼的上反角能夠提升飛機(jī)的飛行性能，通過可變上反角控制翼的氣動展長，替代了傳統(tǒng)的控制面板，有效減小阻力，大大提高了飛機(jī)的機(jī)動性。

（3）翼的展向彎曲

展向彎曲就是在翼梢處實現(xiàn)一定的扭轉(zhuǎn)，能夠有效降低誘導(dǎo)阻力。這種彎曲方式的蒙皮和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計非常困難，內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊的設(shè)計能夠發(fā)生形變，外部蒙皮一定要具有柔性并且可以承載氣動載荷。

3.翼型的變化

翼型的變化就是指翼型彎度的改變，一些情況下也指翼型厚度的改變。

（1）翼型前后緣變形

翼型的前后緣變形能夠讓翼型的前后緣都有彎度，從而替代傳統(tǒng)控制面板對飛行器的操作。當(dāng)前國外有很多關(guān)于翼型前后緣變形的研究，其主要依靠設(shè)計不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

（2）翼型整體變形

之前圣母大學(xué)的教授提出過多形態(tài)翼的方案，就是在翼的內(nèi)部放置囊狀物，囊狀物中放有燃油，飛機(jī)飛行的過程中囊狀物中的燃油將會被不斷消耗，翼的厚度隨之減小，這樣可以提高無人機(jī)的續(xù)航時間。

4.機(jī)翼與尾翼的組合變形

國外弗吉尼亞理工大學(xué)的學(xué)生設(shè)計出一款可變形的飛行器，其剖面形狀為翼型，翼可以伸縮變長、旋轉(zhuǎn)變后掠，并且可以沿弦向扭轉(zhuǎn)，尾翼可以改變展弦比、尾翼面積以及尾翼的攻角，還可以改變機(jī)身的縱向相對位置。通過翼的后掠角和尾翼沿機(jī)身的縱向相對位置，可以實現(xiàn)不同飛行狀態(tài)的氣動布局。

二、未來變形飛行器的發(fā)展趨勢

國外對于變形飛行器的研究從未停止，還在源源不斷的提出各種變形方案，讓變形飛行器能夠適應(yīng)更多的飛行任務(wù)，但是其中能夠?qū)崿F(xiàn)的方案非常少，國外擁有變形飛行器的國家數(shù)量也并不多。當(dāng)前變后掠已經(jīng)在很多軍事型飛機(jī)中被應(yīng)用，尤其是超聲速飛機(jī)，但是變后掠的應(yīng)用會降低燃油的燃燒效率，且飛機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加的問題也需要被克服。

隨著當(dāng)前社會的不斷發(fā)展飛行器被應(yīng)用在更多的領(lǐng)域，變形飛行器中也應(yīng)該添加更多智能化的技術(shù)，實現(xiàn)對于變形飛行器的創(chuàng)新，并綜合多個方面進(jìn)行考慮，讓變形飛行器能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

結(jié)語：

綜上所述，不同的變形器方案能夠適應(yīng)不同的非常場景和任務(wù)需求，隨著國外對于變形飛行器研究的重視程度越來越高，各國的變形飛行器技術(shù)也在逐步提升，且還會有更多變形飛行器的方案被發(fā)掘。變形飛行器方案提出之后還需要進(jìn)行一系列理論驗證以及實際的實驗才能確認(rèn)，所以對于變形飛行器的研究是一個長遠(yuǎn)的過程，且在過程中存在許多不確定因素，需要研究人員加強鉆研和研究，讓變形飛行器技術(shù)實現(xiàn)真正意義上的發(fā)展進(jìn)步。

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