飞翼布局飞行器

　　是未来飞机设计关注的重点

　　但它有个天生的“软肋”

　　——易诱发刚-弹耦合颤振

　　近日，这一难题被突破

　　据南京航空航天大学，该校团队在国际上首次突破结构强度极限内的刚-弹耦合颤振屏障，将颤振临界速度提高62.5%，创造了该领域的世界纪录。相关成果近日发表于国际期刊《应用力学评论》。

　　该研究工作获得国家自然科学基金委员会优秀青年科学基金、国家自然科学基金青年基金 A 类项目资助，这是近20年来我国动力学与控制领域学者在该期刊发表的唯一论文。

　　论文共同通讯作者、南航教授黄锐表示，在世界航空科技领域，有一块难啃的“硬骨头”，即飞翼布局飞行器的刚-弹耦合颤振。

　　“飞翼布局飞行器的机体俯仰转动惯量小、机翼弯曲频率低，导致其刚体短周期俯仰模态与机翼低阶弹性模态在气流作用下相互耦合，诱发刚-弹耦合颤振，导致飞机飞不稳、飞不快，如果飞行速度过快，甚至会造成解体。”黄锐介绍，为了避免飞机颤振，以往只好降低飞行速度和飞行任务难度。

　　十年来，团队围绕这一难题持续攻关、步履不停，最终提出仅含四个自由度的刚-弹耦合动力学模型，清晰探明了刚弹耦合颤振的机理，更精准揭示了敏感参数对颤振特性的影响规律，彻底摸清刚-弹耦合颤振的“脾气”。

　　每年寒暑假，黄锐总会带领学生们扎根试验现场，一遍遍重复枯燥却关键的试验流程。

　　夏天的机场跑道，被烈日烤得滚烫灼脚，踩上去都能感受到热浪裹挟的焦灼；冬天的试验场上，寒风如刀割般凛冽，吹得人睁不开眼、站不稳脚。就是在这样极端艰苦的环境里，团队顶着寒风与酷暑，默默扛下了一场场“硬仗”。试验的难度远超想象，风险更是如影随形。十年间，团队经历一次次失败，最终坚持到成功时刻。

　　刚-弹耦合颤振抑制技术飞行试验成功后的团队合影

　　厚积薄发之下，团队终于迎来了梦寐以求的突破，创下两项震撼行业的“开创性成就”：

　　一是理论层面的重大革新。团队跳出传统思维，提出仅含四个自由度的刚-弹耦合动力学模型，清晰探明了飞行力学中的短周期模态、沉浮模态与结构弯曲模态、扭转模态之间的耦合机理，更精准揭示了敏感参数对颤振特性的影响规律，彻底摸清了刚-弹耦合颤振的“脾气”。面对国内缺乏专用建模软件、国外技术封锁禁售的“卡脖子” 困境，他们另辟蹊径，决定走自主研制之路，创新融合飞行力学与气动弹性的建模方法，成功研发出我国第一套拥有完全自主知识产权的刚-弹耦合飞行力学建模软件，打破了国外技术垄断。

　　二是技术层面的关键突破。团队攻克了超临界飞行条件下的一系列核心技术难题，自主研制出展弦比超过10的柔性飞翼布局无人机。随后，他们顶着极高风险开展飞行试验，最终成功将刚-弹耦合颤振临界速度提升62.5%， 在世界上首次突破结构强度极限内的刚-弹耦合颤振屏障，为我国航空科技发展写下了浓墨重彩的一笔。

　　可能有人会问

　　这一技术到底厉害在哪？

　　简单来说

　　“这项技术就像给飞行器装了个‘智能防颤系统’。”黄锐说，飞机上的传感器实时监测飞行数据，实时调整气动力的分布，不用改动飞行器原本的结构设计，不用额外增加重量和刚度，相当于给飞行器增加了“隐形的支撑力和缓冲力”，从根源上抑制住颤振的发生。

　　借由上述技术的攻关，团队自主研制出展弦比超过10的柔性飞翼布局无人机验证机，在飞行试验中，验证机的刚-弹耦合颤振临界速度可提升62.5%。

　　“这项技术为我国新一代飞翼布局飞行器的研制提供了重要支撑。”黄锐说。

　　为南航团队点赞！

　　内容综合 | 科技日报、南京航空航天大学