二元可变后缘机翼颤振分析与主动控制

摘要

可变体飞行器的概念由来已久，最早可追溯到莱特兄弟通过机翼翘曲来保持飞机平衡。1979年，美国军方为提高飞行器性能，与航空航天局和波音公司共同组织了自适应机翼计划；1985年，NASA与Rockwell合作开展主动柔性机翼计划，1996年扩展为主动气动弹性机翼计划；同时，美国国防部预研局等机构联合开展智能翼计划。而且，目前仍有许多与可变体飞行器有关的计划在执行。与此种种，皆可说明国外专家对该课题的重视。
　　 可变体飞行器主要是指机翼可变，主要包括翼型弯度可变和拓扑形状可变。可变机翼与常规机翼相比，其特殊性主要在于机翼结构参数具有时变性和非定常空气动力计算的复杂性。
　　 本文以二元可变后缘机翼为研究对象，运用薄翼理论对比分析其与传统铰接翼段的不同和优劣；通过实时更新空气动力影响系数矩阵实现时变非定常气动力计算，并依赖时间步长逐步推进的方法将其应用于线性和非线性颤振特性分析；最后，使用MATLAB模糊控制工具箱对其实现颤振主动控制。
　　 结果表明，在一定弯度曲线形状下，可变后缘翼段在提高升力的同时也加大了低头力矩，增大可变比可改善这一现象；引入俯仰力矩间隙非线性特性，发现系统在低于线性颤振临界速度下发生极限环运动；通过选取合适的隶属度函数和制定适当的模糊控制规则可有效实现颤振抑制效果。