CN109533378A - 一种充气机翼的优化设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充气机翼的优化设计方法，具体包括这几个步骤：根据目标设计机翼确定充气机翼的各个指标参数，包括机翼弦长、展长等参数；在目标设计翼型内增加一个弦向长度相同、厚度不同的约束翼型，使得相邻内切圆的交点在约束翼型上，通过控制约束翼型的厚度来控制内切圆的位置和数目及拉条的长度；对内切圆逼近的设计机翼进行整流处理，将充气机翼的局部凹陷区采用蒙皮进行光顺处理。所述的充气机翼，截面约束翼型与目标设计翼型弦长相同，厚度为目标设计翼型厚度的0.75‑0.95；采用内切圆逼近目标设计翼型时，内切圆数目不宜过多，数目为7‑19，具体由加工成型的可操作性和方便性及目标设计翼型的尺寸确定。

Description

一种充气机翼的优化设计方法
技术领域
本发明涉及一种充气机翼的优化设计方法，属于机翼设计技术领域。
背景技术
充气结构以其质量轻，贮藏体积小携带方便等优点，表现出其在航空航天领域的使用价值。常规的拉条式充气机翼就是一种典型的多气腔式充气结构。美国最早将充气机翼技术应用于航空航天领域，之后，瑞士、日本等国家纷纷对充气机翼进行研究。
随着无人机概念的提出，对其研究的升温，充气技术、材料技术、刚化技术、加工工艺及控制技术的发展，充气机翼无人机以其独有的特点引起了人们的普遍关注。许多研究机构都对充气机翼无人机展开研究。目前，已经出现了充气滑翔机、充气无人侦察机等新式结构无人机。较为典型的有NASA的I-2000充气机翼飞机，Goodyear公司开发的GA-33、GA-466等充气飞机。
将充气机翼技术应用于火星探测器再次推动了充气机翼技术的发展。由于现在无人机技术及太空飞行系统的迅速发展，运用无人机探测火星也不再是遥远的梦想。在无人机装载入火箭发射过程中如果采用充气机翼设计，不但可以减轻无人机重量，还可以提高其折叠效率以减小装载体积，降低成本。
目前，国内外对充气机翼的研究主要以拉条式充气机翼为研究对象，侧重于充气机翼的轻质材料，内部结构设计、结构气动一体化设计，弯曲、振动性能及充气机翼无人机的飞行试验方面，对于充气机翼的保形设计及外形优化研究较少。此外，对于充气机翼的充气结构，在内部气压的作用下容易产生较大的变形，而目前采用的通过控制内切圆数目逼近标准翼型进行保形设计对充气机翼的升阻比影响较大，需要对其进行优化设计。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种充气机翼的优化设计方法，提高充气机翼的升阻比。
提供一种充气机翼的优化设计方法，包括以下几个步骤：
(1)获取充气机翼的各个指标参数，包括机翼弦长、展长及截面翼型、后掠角；
(2)采用内切圆逼近目标设计截面翼型，在目标设计截面翼型内增加一个弦向长度相同、厚度不同的约束翼型，使得相邻内切圆的交点在约束翼型上；
(3)对内切圆逼近的设计机翼进行整流处理，将充气机翼的局部凹陷区采用蒙皮进行光顺处理，获得充气机翼优化后的截面翼型；
(4)依据获取的充气机翼的展长、后掠角以及优化后的截面翼型确定充气机翼。
同时提供一种充气机翼的截面翼型优化设计方法，包括以下几个步骤：
(1)获取充气机翼的各个指标参数，包括机翼弦长、展长及截面翼型、后掠角；
(2)采用内切圆逼近目标设计截面翼型，在目标设计截面翼型内增加一个弦向长度相同、厚度不同的约束翼型，使得相邻内切圆的交点在约束翼型上；
(3)对内切圆逼近的设计机翼进行整流处理，将充气机翼的局部凹陷区采用蒙皮进行光顺处理，获得充气机翼优化后的截面翼型。
优选的，所述的充气机翼，截面约束翼型与目标设计翼型弦长相同，厚度为目标设计翼型厚度的0.75-0.95。
优选的，内切圆数目为7-19。
优选的，通过控制约束翼型的厚度来控制内切圆的位置和数目及拉条的长度，设置控制约束翼型的厚度的初值，如果逼近内切圆的数目超过工艺要求数目，则减小约束翼型的厚度；如果逼近内切圆的数目低于工艺要求数目，则增大约束翼型的厚度；如果逼近内切圆的数目满足工艺要求数目，则确定约束翼型的厚度。
优选的，对内切圆逼近的设计机翼进行整流处理的具体方法为，对相邻内切圆增加蒙皮，使得蒙皮与两个内切圆相切。
优选的，依据获取的充气机翼的展长、后掠角以及优化后的截面翼型确定充气机翼的具体方法为：按照展长和后掠角计算翼根和翼稍截面翼型的弦长，分别确定翼根截面翼型和翼稍的截面翼型，生成目标充气机翼。
优选的，充气机翼采用聚对苯撑苯并双噁唑纤维或高强聚乙烯纤维。
优选的，充气机翼的蒙皮和拉条采用聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或高强聚乙烯纤维。
本发明可有效提高充气机翼的升阻比，与现有技术相比具有如下优势：
(1)本发明通过在目标设计截面翼型内增加约束翼型，通过控制约束翼型的厚度来控制内切圆的位置和数目以及拉条长度，从而提供了一套系统的充气机翼截面翼型设计方法，使得设计规范化，同时便于根据实际需要对约束翼型进行调整。
(2)采用上述方法设计的内切圆逼近的充气机翼，整流处理后有效提高机翼升阻比，改善充气机翼的升阻特性；
(3)由于充气机翼的升阻比得到较大改善，这就意味着要达到预期升阻比，可减少内切圆数目，这样一方面降低了加工工艺的难度，另一方面也可以有效减小拉条数目；
(4)采用蒙皮对充气机翼局部的凹陷区域进行整流处理后，充气机翼的强度提升，更有利于机翼保形。
附图说明
图1是本发明目标设计翼型与约束翼型示意图；
图2是本发明充气机翼截面翼型设计示意图；
图3是本发明充气机翼整流处理截面示意图；
图4是本发明充气机翼整流蒙皮截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
对充气机翼进行优化设计时，根据目标机翼的具体参数确定充气机翼的各个参数指标，主要包括机翼展长、弦长、后掠角及截面翼型等，并将将机翼的截面翼型确定为充气机翼的目标设计翼型。
采用内切圆逼近目标设计翼型时，如图1所示，在目标设计翼型内增加一个弦向长度相同、厚度不同的约束翼型，使得相邻内切圆的交点位于约束翼型上，具体如图2所示，通过控制约束翼型的厚度来控制内切圆的数目、位置及拉条长度。相邻两个圆弧交点采用拉条连接。
充气机翼内切圆逼近目标设计翼型时，通过控制机翼内部拉条的长度来控制内切圆去逼近机翼的形状。
对内切圆逼近设计的充气机翼进行整流处理，将充气机翼的局部凹陷区采用蒙皮进行光顺处理，即在局部凹陷区域相邻的囊体增加一层蒙皮，从而消除囊体之间的凹陷区域对机翼的升阻特性影响，整流处理截面示意图如图3所示，使得机翼的升阻比得到改善。
现有技术下，拉条式充气机翼大多采用内切圆逼近设计。采用内切圆逼近设计时，受加工成型的可操作性和方便性的限制，内切圆数目不宜过多，而内切圆数目不够也使得充气机翼的升阻比受到较大影响，与目标机翼的升阻比存在一定差距。本发明的充气机翼优化设计方法，一方面对内切圆逼近目标翼型设计提供了较为系统设计方法；另一方面，通过对充气机翼整流处理，有效提高飞行器的升阻比，同时可以减小逼近内切圆的数目，降低充气机翼的工艺难度，减小拉条数目，提升机翼的保形强度。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种充气机翼的优化设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)获取充气机翼的各个指标参数，包括机翼弦长、展长及截面翼型、后掠角；
(2)采用内切圆逼近目标设计截面翼型，在目标设计截面翼型内增加一个弦向长度相同、厚度不同的约束翼型，使得相邻内切圆的交点在约束翼型上；
(3)对内切圆逼近的设计机翼进行整流处理，将充气机翼的局部凹陷区采用蒙皮进行光顺处理，获得充气机翼优化后的截面翼型；
(4)依据获取的充气机翼的展长、后掠角以及优化后的截面翼型确定充气机翼。
2.一种充气机翼的截面翼型优化设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)获取充气机翼的各个指标参数，包括机翼弦长、展长及截面翼型、后掠角；
(2)采用内切圆逼近目标设计截面翼型，在目标设计截面翼型内增加一个弦向长度相同、厚度不同的约束翼型，使得相邻内切圆的交点在约束翼型上；
(3)对内切圆逼近的设计机翼进行整流处理，将充气机翼的局部凹陷区采用蒙皮进行光顺处理，获得充气机翼优化后的截面翼型。
3.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，所述的充气机翼，截面约束翼型与目标设计翼型弦长相同，厚度为目标设计翼型厚度的0.75-0.95。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，内切圆数目为7-19。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过控制约束翼型的厚度来控制内切圆的位置和数目及拉条的长度，设置控制约束翼型的厚度的初值，如果逼近内切圆的数目超过工艺要求数目，则减小约束翼型的厚度；如果逼近内切圆的数目低于工艺要求数目，则增大约束翼型的厚度；如果逼近内切圆的数目满足工艺要求数目，则确定约束翼型的厚度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对内切圆逼近的设计机翼进行整流处理的具体方法为：对相邻内切圆增加蒙皮，使得蒙皮与两个内切圆相切。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，依据获取的充气机翼的展长、后掠角以及优化后的截面翼型确定充气机翼的具体方法为：按照展长和后掠角计算翼根和翼稍截面翼型的弦长，分别确定翼根截面翼型和翼稍的截面翼型，生成目标充气机翼。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，充气机翼采用聚对苯撑苯并双噁唑纤维或高强聚乙烯纤维。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，充气机翼的蒙皮和拉条采用聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或高强聚乙烯纤维。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，充气机翼的蒙皮和拉条采用聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或高强聚乙烯纤维。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112484582A (zh) * 2020-11-17 2021-03-12 中国航天空气动力技术研究院 一种充气式增程套件
CN113602473A (zh) * 2021-09-07 2021-11-05 北京理工大学 一种基于斜掠气梁的充气翼
CN113716035A (zh) * 2021-09-07 2021-11-30 南京航空航天大学 一种充气式旋翼桨叶及直升机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3957232A (en) * 1975-02-03 1976-05-18 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Inflatable wing
WO2005000671A2 (en) * 2003-02-04 2005-01-06 Ilc Dover, Inc. Deployable, rigidizable wing
CN103192980A (zh) * 2013-04-09 2013-07-10 中国人民解放军国防科学技术大学 基于经纬网络的充气机翼及其制造方法
CN105129071A (zh) * 2015-06-26 2015-12-09 北京昶远科技有限公司 太阳能飞机翼型设计方法及太阳能飞机翼型

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3957232A (en) * 1975-02-03 1976-05-18 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Inflatable wing
WO2005000671A2 (en) * 2003-02-04 2005-01-06 Ilc Dover, Inc. Deployable, rigidizable wing
CN103192980A (zh) * 2013-04-09 2013-07-10 中国人民解放军国防科学技术大学 基于经纬网络的充气机翼及其制造方法
CN105129071A (zh) * 2015-06-26 2015-12-09 北京昶远科技有限公司 太阳能飞机翼型设计方法及太阳能飞机翼型

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吕强,叶正寅,李栋: "充气结构机翼的设计和试验研究", 《飞行力学》 *
朱亮亮，叶正寅: "充气式机翼的通用设计方法", 《空军工程大学学报》 *
陈立立，李玲，郭正，张俊韬: "充气机翼保形设计与气动特性分析", 《航空工程进展》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112484582A (zh) * 2020-11-17 2021-03-12 中国航天空气动力技术研究院 一种充气式增程套件
CN113602473A (zh) * 2021-09-07 2021-11-05 北京理工大学 一种基于斜掠气梁的充气翼
CN113716035A (zh) * 2021-09-07 2021-11-30 南京航空航天大学 一种充气式旋翼桨叶及直升机
CN113602473B (zh) * 2021-09-07 2023-11-14 北京理工大学 一种基于斜掠气梁的充气翼
CN113716035B (zh) * 2021-09-07 2024-01-30 南京航空航天大学 一种充气式旋翼桨叶及直升机

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