基于变体桁架机构的变形机翼段的构型、驱动与优化

为了使变体飞行器在执行不同任务时都具有良好的飞行性能，不仅要求机翼可以改变外形,更要求机翼在变形前后以及变形过程中均具有较大的承载能力。利用变体桁架机构作为变形机翼的内部支撑部件可望满足变形机翼的这两个要求。本项目将主要研究基于变体桁架机构的变形机翼段的构型、驱动和优化问题。根据机翼段不同的变形要求，提出可实现伸展、弯曲变形功能的变体桁架机构构型；研制可与桁架杆系、传感元件进行有效集成的新型超声电机；探讨同时具有驱动和传感功能的变体桁架机构与大应变蒙皮的一体化设计方法；以实现机翼段外形光滑变化为约束，以达到期望外形并耗费最少能量为目标，对超声电机的数量与位置、机构尺寸参数、变形路径等进行优化设计；制作基于变体桁架机构的变形机翼段缩比样机，利用分布式驱动技术对其进行变形和承载功能的实验验证，从而为大承载、大尺度变形的机翼研制探索新的技术途径。

根据不同飞行条件的需求，建立了变弯度机翼和变后掠机翼两种气动模型，并对其进行分析，确定可变体二维机翼段的最佳构型。研制了新型高效率、高可靠性超声电机作动器及驱动、控制器。研制了适用于伸缩变形和剪切变形的夹芯式半刚性蒙皮。提出了一种位矩阵表示的多目标遗传算法，对柔性蒙皮支撑结构进行拓扑优化研究，验证了算法的可行性并得到多种适用于变体机翼的柔性蒙皮支撑结构。对高弹性柔性蒙皮、超声电机驱动系统、传感器等进行一体化设计。分析了作动器的驱动、控制技术与可变体二维机翼段构型及其气动性能之间的关系。对各功能部件进行充分集成，制作出两种可变体二维机翼段的缩比模型，并在地面和风洞中进行实验。实验结果表明，两种不同形式的变体机翼能达到预期的变形和气动要求。