向纖維2a，和沿著長軸方向的瑋向纖維2b，通過交叉排布構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在彈性膠膜I高溫硫化的加工過程中，將高彈纖維2與彈性膠膜I 一體成型，從而使高彈纖維2嵌入彈性膠膜I的內(nèi)部。高彈纖維2可以是尼龍纖維、氨綸纖維等織物纖維，或者金屬彈簧絲等金屬纖維之中的一種或幾種。
[0028]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。在基礎(chǔ)型面的結(jié)構(gòu)蒙皮內(nèi)側(cè)，設(shè)置變形驅(qū)動裝置，其安裝位置如圖4所示，裝置的組成結(jié)構(gòu)如圖5所示。
[0029]本實施例涉及內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道的功能實現(xiàn)方法，具體過程如下:
[0030]I)外側(cè)柔性蒙皮的大變形應(yīng)變傳感器布置
[0031]使用基于光纖光柵的大變形應(yīng)變傳感器對柔性蒙皮的應(yīng)變進行測量。在外側(cè)柔性蒙皮上選取若干個監(jiān)測點，在監(jiān)測點布置大變形應(yīng)變傳感器和位移傳感器。為了能夠更加精確地擬合出柔性蒙皮變形時的形狀，可適當(dāng)增加監(jiān)測點的數(shù)量，通常每個監(jiān)測點的間距為 150 ?200mm。
[0032]2)外側(cè)柔性蒙皮充壓變形過程的地面標(biāo)定
[0033]通過變形驅(qū)動裝置對外側(cè)密封腔充壓，外側(cè)柔性蒙皮在氣體壓力的作用下“升高”。在充壓過程中，通過變形驅(qū)動裝置中的壓力傳感器測量當(dāng)前密封腔內(nèi)的氣體壓力P，通過流量傳感器測量充氣管路中通過氣體的流量Q ;同時，通過大變形應(yīng)變傳感器測量柔性蒙皮各監(jiān)測點的應(yīng)變ε，通過位移傳感器測量各監(jiān)測點的位移D(即監(jiān)測點與基礎(chǔ)型面之間的距離)。
[0034]當(dāng)柔性蒙皮變形至不同位置時，通過對上述參數(shù)的測量，可以推導(dǎo)出柔性蒙皮各監(jiān)測點的位移與其它參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系:
[0035]D = f (P, Q, ε ) (I)
[0036]3)進氣道喉道面積與發(fā)動機流量需求匹配關(guān)系的確定
[0037]根據(jù)自適應(yīng)鼓包進氣道的設(shè)計要求，按照進氣道與發(fā)動機的流量匹配關(guān)系確定飛機處于不同飛行速度時發(fā)動機的流量需求，進而確定對應(yīng)的進氣道喉道面積，從而獲得飛行速度與鼓包型面所處位置之間的對應(yīng)關(guān)系。
[0038]4)飛行過程中鼓包型面的形狀擬合
[0039]在飛機的飛行過程中，當(dāng)外側(cè)柔性蒙皮變形至某一狀態(tài)時，通過各傳感器對壓力P、流量Q和應(yīng)變ε等參數(shù)進行測量，并根據(jù)公式(I)即可確定外側(cè)柔性蒙皮各監(jiān)測點的當(dāng)前位移。采用幾何建模的方法，通過仿真得到外側(cè)柔性蒙皮在當(dāng)前狀態(tài)下的形狀，即可確定鼓包型面所處的位置。
[0040]5)鼓包型面的位移驅(qū)動
[0041]獲取飛機在當(dāng)前狀態(tài)下的飛行速度，并根據(jù)步驟3)得到的對應(yīng)關(guān)系，通過變形驅(qū)動裝置驅(qū)動外側(cè)柔性蒙皮向當(dāng)前最佳的鼓包型面位置變形，從而調(diào)節(jié)進氣道喉道的面積，使之與發(fā)動機的流量需求相匹配。
[0042]當(dāng)飛機的飛行速度逐漸增大，飛機處于高速飛行狀態(tài)時，進氣道需要小流通面積。此時，對外側(cè)密封腔充壓，使外側(cè)密封腔的體積增大；同時，在蒙皮連接帶的作用下，內(nèi)側(cè)密封腔的體積減小，如圖6所示。在這個充壓過程中，鼓包型面將會逐漸升高，使得進氣道喉道面積逐漸減小，以滿足發(fā)動機的小流量需求。
[0043]當(dāng)飛機的飛行速度逐漸減小，飛機處于低速飛行狀態(tài)時，進氣道需要大流通面積。此時，對內(nèi)側(cè)密封腔充壓，使內(nèi)側(cè)密封腔的體積增大；同時，在蒙皮連接帶的作用下，外側(cè)密封腔的體積減小，如圖7所示。在這個充壓過程中，鼓包型面將會逐漸降低，使得進氣道喉道面積逐漸增大，以滿足發(fā)動機的大流量需求。
[0044]當(dāng)飛機在某一飛行速度下勻速飛行時，不再對內(nèi)、外側(cè)密封腔充壓，通過密封的方式保持腔內(nèi)的氣壓不變。此時，鼓包型面將會始終處于某一特定位置，與當(dāng)前飛行速度下發(fā)動機的流量需求相適應(yīng)。
[0045]進一步地，當(dāng)飛機在處于地面試車等狀態(tài)下，進氣道氣動載荷為吸力時，對內(nèi)側(cè)密封腔充壓，使密封腔內(nèi)壓力與外部氣動載荷相平衡，使外側(cè)柔性蒙皮能夠緊貼基礎(chǔ)型面，避免在氣動載荷作用下變形。
【主權(quán)項】
1.一種內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征為所述結(jié)構(gòu)設(shè)計方法包括以下方面: 1)所述內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道的鼓包型面上，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)、夕卜兩側(cè)表面上均附著一層柔性蒙皮； 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)鼓包進氣道的設(shè)計要求，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載荷； 3)所述內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道的基礎(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)鼓包進氣道的基礎(chǔ)型面一致； 4)所述內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道帶有變形驅(qū)動裝置，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；利用蒙皮連接帶實現(xiàn)內(nèi)外密封腔體積的協(xié)調(diào)變化；利用閥門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； 5)在所述變形驅(qū)動裝置的控制下，內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道的外側(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。
【專利摘要】本發(fā)明屬于航空結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。所述結(jié)構(gòu)設(shè)計方法包括以下方面：所述進氣道的鼓包型面上，選定變形區(qū)域；柔性蒙皮由彈性膠膜和高彈纖維復(fù)合而成；進氣道的基礎(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；柔性蒙皮的初始形狀與內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道的基礎(chǔ)型面一致；進氣道帶有變形驅(qū)動裝置；在所述變形驅(qū)動裝置的控制下，內(nèi)平衡自適應(yīng)鼓包進氣道的柔性蒙皮可以改變形狀。本發(fā)明解決了常規(guī)鼓包進氣道型面不可調(diào)節(jié)的問題，使進氣道在不同飛行狀態(tài)下都具有最優(yōu)的氣動性能和進發(fā)匹配特性，具有良好的工程適用性。
【IPC分類】B64D33-02
【公開號】CN104590570
【申請?zhí)枴緾N201410667954
【發(fā)明人】邱濤, 靳誠忠, 周翌勛, 王鄢, 張音旋, 王健志
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設(shè)計研究所
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年11月19日