飞翼布局飞行器因其优异的气动性能和隐身特性,已成为世界各航空强国重点发展的方向。
然而,这类飞行器在设计上存在先天弱点,长期困扰国际航空科技领域。
记者日前从南京航空航天大学获悉,该校研究团队成功突破了飞翼布局飞行器最具挑战性的技术瓶颈——刚弹耦合颤振问题,相关研究成果已在国际知名学术期刊《应用力学评论》发表。
飞翼布局飞行器为何容易发生颤振?
论文共同通讯作者、南航教授黄锐解释了其中的科学原理。
这类飞行器由于机体俯仰转动惯量较小、机翼弯曲频率较低,导致飞行过程中刚体短周期俯仰模态与机翼低阶弹性模态在气流作用下产生相互耦合,进而诱发刚弹耦合颤振。
一旦发生这种颤振,飞机将出现飞行不稳定、性能下降等问题,严重时甚至可能导致飞行器结构解体。
这一难题的存在,迫使设计人员不得不采取降低飞行速度和限制飞行任务难度的被动应对措施,严重制约了飞翼布局飞行器的性能发挥。
南航研究团队经过十年持续攻关,最终突破了这一世界性难题。
团队首先建立了仅含四个自由度的刚弹耦合动力学模型,通过精细的理论分析,清晰探明了刚弹耦合颤振的产生机理,准确揭示了敏感参数对颤振特性的影响规律,从根本上掌握了这一现象的本质特征。
在此基础上,团队创新融合飞行力学与气动弹性的建模方法,自主研发出具有完全知识产权的刚弹耦合飞行力学建模软件,打破了长期以来国外技术垄断的局面。
该技术的核心创新在于其工作原理。
黄锐介绍,这项技术相当于为飞行器装配了一套"智能防颤系统"。
系统通过飞机上的传感器实时监测飞行数据,并根据飞行状态动态调整气动力的分布,从而从根源上抑制颤振的发生。
与传统解决方案不同,这一方案无需改动飞行器原有的结构设计,也不需增加额外的重量和刚度,相当于为飞行器增加了"隐形的支撑力和缓冲力",在保持现有设计优势的同时有效消除了颤振隐患。
为了验证理论成果的实际效能,研究团队自主研制了展弦比超过10的柔性飞翼布局无人机验证机。
在随后的飞行试验中,验证机的刚弹耦合颤振临界速度相比传统设计提升了62.5%,创造了该领域的世界纪录,充分证明了新技术的先进性和可靠性。
这一突破具有重要的现实意义。
飞翼布局因其卓越的气动效率和隐身性能,已被确定为新一代军用和民用飞行器的主要发展方向。
刚弹耦合颤振问题的解决,消除了这类飞行器发展中最重要的技术障碍,为我国自主研制高性能飞翼布局飞行器提供了关键技术支撑。
黄锐表示,这项技术为我国新一代飞翼布局飞行器的研制奠定了重要基础,将有力推动我国航空工业在这一战略性领域的发展。
飞行器性能边界的每一次拓展,都建立在对风险机理的深入认识与可工程化手段的持续积累之上。
面向高效、绿色与智能化的航空发展方向,如何在“更轻、更柔、更复杂”的新趋势下守住安全底线、释放布局优势,考验的是基础研究、软件工具与试验验证的系统能力。
此次突破提示我们:把难题拆解为可计算、可验证、可迭代的工程问题,才能让前沿构型从概念走向可靠飞行。