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承诺书

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作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文

摘要
本文第一部分研究伸缩翼飞机在变翼展过程中的气动特性及纵向飞行动响应。首先基于多
刚体系统动力学方法建立了可伸缩翼飞机的非线性动力学模型,进而获得纵向飞行动力学方程。
然后研究了飞机时变几何参数随着机翼伸缩的变化。通过实时气动力计算和纵向飞行动力学方
程联立求解,获得了不同翼展下的飞机升力、阻力和力矩及飞行动响应。结果表明,机翼收缩
可导致飞行速度发生突变,为维持变翼过程的稳定飞行,需要对迎角施加控制。
本文第二部分基于拓扑优化方法设计了伸缩翼的骨架结构。首先提出零泊松比伸缩翼的设
计思路,基于拓扑优化方法以矩形板为设计区域,采用各向同性材料密度惩罚模型和优化准则
法进行数值迭代求解。通过研究拓扑优化参数对优化结果的影响来选定合适的优化参数,进而
计算出不同翼展下机翼展向的骨架结构。然后,对拓扑优化得到的结构进行光顺和简化,将简
化得到的机翼骨架结构中固定连接点替换为铰接点、固定长度杆件替换为可伸缩嵌套结构,获
得了一种具有零泊松比的可伸缩翼骨架机构。



关键词:伸缩翼,纵向飞行,气动力,时变参数,零泊松比,拓扑优化


本文得到国家自然科学金(91016022), 长江学者和创新团队计划(IRT0968)项目资助。
本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。
I
伸缩翼气动力及零泊松比伸展结构
ABSTRACT
The paper studies the aerodynamic characteristics and the longitudinal flight dynamics of an
aircraft with telescopic wings during changing its wingspan in the first part. Firstly, the aircraft model
with telescopic wings is built on the basis of multi-rigid-body systems dynamics, and the longitudinal
flight equation are obtained. Then the time-varying parameters of the morphing aircraft relative to the
center of gravity, the moment of mass, and the moment of inertia are given numerically. Furthermore,
the wingspan-dependent aerodynamics analysis of the morphing aircraft are conducted using
FLUENT software package bination with the longitudinal dynamic equation. The results show
that the contraction of wing could lead to an abrupt change in translation motion, so that there is need
for controlling the pitch motion in order to maintain a steady flight during wingspan change.
The topology optimization method with the zero-Poisson's ratio extension is employed to design
the skeleton structure of the telescopic wing in the second part. A rectangular plate is selected as the