變體技術(shù)在兵器設(shè)計上的應(yīng)用

1、變體技術(shù)在兵器設(shè)計上的應(yīng)用 變體技術(shù)在兵器設(shè)計上的應(yīng)用 馮金富 馮金富 陳國明 陳國明 張萌 張萌 空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院 空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院 陸軍航空兵軍事代表局 陸軍航空兵軍事代表局駐西安地區(qū)軍事代表室 駐西安地區(qū)軍事代表室 摘 要： 變體技術(shù)是將多種性能在同一平臺上實(shí)現(xiàn)的最佳途徑, 變體飛行器是指在飛行中能夠自主靈活地改變自身外形, 獲得最佳作戰(zhàn)效能的飛行器。本文簡要總結(jié)了變體飛行器的發(fā)展歷程, 然后分析了變體導(dǎo)彈

2、相關(guān)技術(shù), 最后介紹了水空跨介質(zhì)航行器及其運(yùn)用變體技術(shù)情況。關(guān)鍵詞： 變體技術(shù); 導(dǎo)彈; 作戰(zhàn)效能; 跨介質(zhì)航行器; 作者簡介： 作者簡介：馮金富 (1964—) , 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事跨介質(zhì)航行器研究。作者簡介： 作者簡介：陳國明 (1994—) , 男, 碩士研究生, 主要從事跨介質(zhì)航行器研究。收稿日期： 收稿日期：2017-08-10基金： 基金：國家自然科學(xué)基金項目 (51779263) Appl

3、ication Application of of Morphing Morphing Technology Technology in in Aircraft AircraftFENG FENG Jinfu Jinfu CHEN CHEN Guoming Guoming ZHANG ZHANG Meng Meng Aeronautics Aeronautics and and Astronautics Astronautics Eng

4、ineering Engineering College, College, Air Air Force Force Engineering Engineering University; University; 在嚴(yán)格的意義上, 變體或變形技術(shù)在 20 世紀(jì)初的第一代飛機(jī)上就有體現(xiàn), 如萊 特兄弟的飛機(jī), 其機(jī)翼材料為布和輕質(zhì)木料, 彈性很大, 可以通過控制其變形來調(diào)整飛行。到固定翼飛機(jī)時代, 為改變飛行姿態(tài), 設(shè)計了升降舵、副翼

5、、襟翼等 能夠通過鉸鏈實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的操縱面。在追求亞聲速、跨聲速、超聲速飛行性能同時最優(yōu)化理念的驅(qū)動下, 出現(xiàn)了 F-14、圖-160 等變后掠翼飛機(jī), 雖滿足了戰(zhàn)技 性能, 卻付出了結(jié)構(gòu)、重量、操縱等方面的巨大代價, 受制于所處時代的科技水平, 在后續(xù)一段時間里飛機(jī)設(shè)計中不再有類似的設(shè)計。1979 年, 美國國家航空航天局 (NASA) 與波音 (Boeing) 合作開展任務(wù)自適應(yīng)機(jī)翼 (Mission Adaptive Wing,

6、MAW) 計劃[5-7], 其研究表明根據(jù)速度變化改變機(jī)翼彎度可以減小阻力, 但當(dāng)時的變形依靠大量鉸接點(diǎn)和作動器實(shí)現(xiàn), 機(jī)翼重量太 大, 無法實(shí)際應(yīng)用。1985 年, NASA 啟動主動柔性機(jī)翼 (Adaptive Flexible Wing, AFW) 計劃[8], 1996 年后擴(kuò)展為主動氣動彈性機(jī)翼 (Adaptive Aeroelastic Wing, AAW) 計劃[9]。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí), AAW 技術(shù)能夠使機(jī)翼結(jié)構(gòu)減 重

7、10%~20%, 并大幅提高飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)性能和機(jī)動能力[10-11], 但該方案的氣動優(yōu)勢卻被其氣動面產(chǎn)生的阻力所抵消。1994 年美國 Lockheed Martin 公司開始研究低成本攻擊自主攻擊彈藥系統(tǒng), 主要由 J45G 渦噴發(fā)動機(jī)、可折疊彈翼/尾翼、激光雷達(dá)導(dǎo)引頭以及 GPS 制導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成[12]。在發(fā)射前翼面處于折疊狀態(tài), 機(jī)翼向后折疊, 翼尖部分以及尾翼向下折疊, 如圖 1 所示。該彈藥可以通過多種火箭彈、撒布器等方式發(fā)

8、射。圖 1 低成本攻擊自主攻擊彈藥 下載原圖2003 年以后, 美國國防部高級研究計劃局 (DARPA) 主導(dǎo)的變體飛行器結(jié)構(gòu) (Morphing Aircraft Structure, MAS) 計劃[13-14]認(rèn)為, 為適應(yīng)更大范圍飛行條件需大幅度變化機(jī)翼外形, 變化的幅度應(yīng)不小于:展弦比變化 200%, 機(jī)翼面積 變化 50%, 扭轉(zhuǎn)角變化 5°, 后掠角變化 20%。該計劃旨在發(fā)展一種能夠根據(jù)任務(wù)變形的多用途無

9、人機(jī), 提出了兩種具有較強(qiáng)代表意義的方案, 如圖 2 所 示:Lockheed Martin 公司的折疊機(jī)翼 (Folding Wing) [15]和 Next Gen Aeronautics 公司的滑動蒙皮 (Sliding Skins) 方案[16]。圖 2 兩種最新變體機(jī)翼方式 下載原圖2005 年, DARPA 委托 Lockheed Martin 公司開發(fā)鸕鶿 (Cormorant) 潛射無人機(jī) [17]。該公司很快設(shè)計