一種內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]先進(jìn)超音速戰(zhàn)斗機(jī)具有寬速域、尚機(jī)動(dòng)、尚隱身能力的特征。為了提尚飛機(jī)的隱身性能，第四代戰(zhàn)斗機(jī)普遍采用了三元進(jìn)氣道，例如美國(guó)的F-35飛機(jī)使用的Bump (鼓包)進(jìn)氣道。但是，這種進(jìn)氣道的三維型面不可調(diào)節(jié)，只能在設(shè)計(jì)飛行速度下達(dá)到最佳性能，而在非設(shè)計(jì)點(diǎn)處的性能變差。如果進(jìn)氣道在全飛行包線(xiàn)內(nèi)都能夠保持高性能，將會(huì)顯著地提高超音速戰(zhàn)斗機(jī)的飛行性能和作戰(zhàn)能力。
[0003]自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道可以根據(jù)飛機(jī)的飛行速度，自適應(yīng)地改變進(jìn)氣道鼓包型面的結(jié)構(gòu)形狀，從而調(diào)節(jié)進(jìn)氣道的喉道面積，滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)在不同飛行狀態(tài)下的流量需求，使進(jìn)氣道在大范圍飛行速度和攻角下都能夠保持良好的氣動(dòng)性能和進(jìn)發(fā)匹配特性，全面提升超音速戰(zhàn)斗機(jī)的性能。
[0004]自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在較大的難度，一方面，進(jìn)氣道的鼓包型面需要在較大的范圍內(nèi)反復(fù)改變形狀，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量的調(diào)節(jié)需求；另一方面，鼓包型面還還需要具備承受進(jìn)氣道氣動(dòng)載荷的能力，以滿(mǎn)足工程實(shí)際應(yīng)用的要求。在這種情況下，需要突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和材料的限制，發(fā)展一種實(shí)現(xiàn)鼓包進(jìn)氣道自適應(yīng)功能的新途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，使進(jìn)氣道的鼓包型面可以根據(jù)飛機(jī)的飛行速度進(jìn)行自適應(yīng)形狀改變，并具有較好的工程適用性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征為所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法包括以下方面:
[0007]I)所述內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的鼓包型面上，選定一定范圍的區(qū)域作為變形區(qū)域；在所述變形區(qū)域內(nèi)，鼓包進(jìn)氣道的剛性金屬結(jié)構(gòu)蒙皮作為基礎(chǔ)型面；所述基礎(chǔ)型面的內(nèi)、外兩側(cè)表面上均附著一層柔性蒙皮；
[0008]2)所述柔性蒙皮由彈性膠膜和高彈纖維復(fù)合而成；所述彈性膠膜作為基體材料，是由橡膠加工而成的、具有一定厚度和彈性的膜狀結(jié)構(gòu)，其作用是根據(jù)自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生所需要的變形，并維持柔性蒙皮的表面形狀；所述高彈纖維作為增強(qiáng)材料，由經(jīng)向纖維和瑋向纖維交叉排布，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并嵌入彈性膠膜的內(nèi)部；所述高彈纖維可以隨彈性膠膜一起變形，其作用是提高柔性蒙皮的剛度，使柔性蒙皮能夠承受其表面的氣動(dòng)載荷；
[0009]3)所述內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的基礎(chǔ)型面與外側(cè)柔性蒙皮之間形成外側(cè)密封腔，與內(nèi)側(cè)柔性蒙皮之間形成內(nèi)側(cè)密封腔；所述柔性蒙皮的初始形狀與內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的基礎(chǔ)型面一致；
[0010]4)所述內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道帶有變形驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置采用氣體充壓的方式利用充氣泵向密封腔內(nèi)充壓使柔性蒙皮變形；利用蒙皮連接帶實(shí)現(xiàn)內(nèi)外密封腔體積的協(xié)調(diào)變化；利用閥門(mén)及管路控制氣體流向；利用壓力傳感器及流量傳感器獲取壓力及流量信息，以此為參數(shù)，控制柔性蒙皮向任意設(shè)計(jì)型面的變形；利用密封氣體為柔性蒙皮提供足夠的面外剛度；
[0011]5)在所述變形驅(qū)動(dòng)裝置的控制下，內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的外側(cè)柔性蒙皮可以在基礎(chǔ)型面與最高型面之間的范圍內(nèi)改變形狀，內(nèi)側(cè)柔性蒙皮可以在基礎(chǔ)型面與最低型面之間的范圍內(nèi)改變形狀。
[0012]進(jìn)一步地，當(dāng)飛機(jī)在飛行過(guò)程中的速度逐漸增大時(shí)(即飛機(jī)處于高速飛行狀態(tài))，進(jìn)氣道需要小流通面積。此時(shí)，對(duì)外側(cè)密封腔充壓，使外側(cè)密封腔的體積增大；同時(shí)，在蒙皮連接帶的作用下，內(nèi)側(cè)密封腔的體積減小，并將其中的氣體排出。在上述過(guò)程中，鼓包型面將會(huì)逐漸“升高”，使進(jìn)氣道喉道面積逐漸減小，以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)的小流量需求。
[0013]進(jìn)一步地，當(dāng)飛機(jī)在飛行過(guò)程中的速度逐漸減小時(shí)(即飛機(jī)處于低速飛行狀態(tài))，進(jìn)氣道需要大流通面積。此時(shí)，對(duì)內(nèi)側(cè)密封腔充壓，使內(nèi)側(cè)密封腔的體積增大；同時(shí)，在蒙皮連接帶的作用下，外側(cè)密封腔的體積減小，并將其中的氣體排出。在上述過(guò)程中，鼓包型面將會(huì)逐漸“降低”，使進(jìn)氣道喉道面積逐漸增大，以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)的大流量需求。
[0014]進(jìn)一步地，當(dāng)飛機(jī)在某一飛行速度下勻速飛行時(shí)，不再對(duì)內(nèi)、外側(cè)密封腔充壓，通過(guò)密閉的方式保持腔內(nèi)的氣壓不變。此時(shí)，鼓包型面將會(huì)始終處于某一特定位置，與當(dāng)前飛行速度下發(fā)動(dòng)機(jī)的流量需求相適應(yīng)。
[0015]進(jìn)一步地，當(dāng)飛機(jī)在處于地面試車(chē)等狀態(tài)下，進(jìn)氣道氣動(dòng)載荷為吸力時(shí)，對(duì)內(nèi)側(cè)密封腔充壓，使密封腔內(nèi)壓力與外部氣動(dòng)載荷相平衡，使外側(cè)柔性蒙皮能夠緊貼基礎(chǔ)型面，避免在氣動(dòng)載荷作用下變形。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:提供一種內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，使進(jìn)氣道的鼓包型面能夠在一定范圍內(nèi)往復(fù)改變形狀，從而調(diào)節(jié)進(jìn)氣道喉道的面積，解決了常規(guī)鼓包進(jìn)氣道型面不可調(diào)節(jié)的問(wèn)題，使進(jìn)氣道在不同飛行狀態(tài)下都具有最優(yōu)的氣動(dòng)性能和進(jìn)發(fā)匹配特性，具有良好的工程適用性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法示意圖；
[0019]圖3是用于內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的柔性蒙皮示意圖；
[0020]其中，1-彈性膠膜、2-高彈纖維、2a_經(jīng)向纖維、2b_瑋向纖維。
[0021]圖4是本發(fā)明中的內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道變形驅(qū)動(dòng)裝置安裝位置示意圖；
[0022]圖5是本發(fā)明中的內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道變形驅(qū)動(dòng)裝置示意圖；
[0023]圖6是飛機(jī)處于高速飛行狀態(tài)時(shí)，本發(fā)明中的自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的變形狀態(tài)示意圖；
[0024]圖7是飛機(jī)處于低速飛行狀態(tài)時(shí)，本發(fā)明中的自適應(yīng)鼓包進(jìn)氣道的變形狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]鼓包進(jìn)氣道中的鼓包型面是一個(gè)經(jīng)過(guò)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的三維型面，如圖1所示。在鼓包型面上，選取一定范圍的區(qū)域作為變形區(qū)域。該變形區(qū)域的輪廓通常為橢圓形，也可以是圓形或者其它適宜的形狀。在變形區(qū)域內(nèi)，使用柔性蒙皮附著在鼓包進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)原有的金屬蒙皮外表面上。在變形區(qū)域的邊界，使用緊固件連接或膠接的方式將柔性蒙皮固定在鼓包進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)上，如圖2所示。
[0027]柔性蒙皮由彈性膠膜I和高彈纖維2復(fù)合加工而成，其初始構(gòu)型與鼓包進(jìn)氣道的基礎(chǔ)型面一致，呈扁球殼形狀，如圖3所示。彈性膠膜I是由橡膠材料加工而成的、具有彈性的薄膜狀結(jié)構(gòu)。橡膠材料可以是硅橡膠、丁腈橡膠，也可以選擇其它能夠滿(mǎn)足柔性蒙皮變形要求的橡膠。高彈纖維2作為柔性蒙皮的增強(qiáng)材料，由沿著橢圓形變形區(qū)域短軸方向的經(jīng)