基于折纸结构的变体飞机蒙皮设计

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1、硕士学位论文基于折纸结构的变体飞机蒙皮设计DESIGNOFMORPHINGSKINBASEDONORIGAMISTRUCTURE刘珺哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V214.9学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文基于折纸结构的变体飞机蒙皮设计硕士研究生：刘珺导师：张秋华教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V214.9U.D.C:531Dissertationfo

2、rtheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFMORPHINGSKINBASEDONORIGAMISTRUCTURECandidate：LiuJunSupervisor：Prof.ZhangQiuhuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferrin

3、g-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要变体飞行器作为一种多形态飞行器，可以通过在飞行过程中改变外部形态有效改善飞行性能，使其能够实时保持最优性能，适应多任务需求。变体飞机执行不同的飞行任务时采用不同的机翼构型，这使得机翼表面的蒙皮也要与之改变，这对蒙皮的连续性、光滑度、承载能力等均是一个全新的考验，而蒙皮的优良程度很大程度上也影响了机翼整体的飞行性能。针对传统蒙皮面内刚度大，在荷载下材料整体延展小的不足，课题以变翼尖飞机折叠处蒙

4、皮为研究对象，提出了一种由Miura折纸结构演变而成的折叠蒙皮，该蒙皮由Miura折纸结构基本单元结合机翼翼型折叠而成，利用Miura折纸结构刚性转动的特点，有利于把机翼折叠过程中蒙皮所要求的较大的变形量，转化为多个局部应变及刚性转动位移的叠加。结合Miura折纸单元具有的转动的自由度，蒙皮以具有变刚度特性的形状记忆聚合物材料制作，借助形状记忆聚合物在一定条件下将会变刚度的特点，在机翼折叠时驱动折叠蒙皮，形状记忆聚合物材料转化为橡胶态，模量显著降低，延展性增加，这使得折纸蒙皮结构的整体刚度降低，变形能力增

5、强，从而实现Miura折纸单元中的刚体转动。文章通过对Miura结构是否考虑厚度情况下结构收展比的计算，获得了各几何参数对结构收展变形的影响；接着利用ABAQUS软件建模中python脚本的循环迭代，建立了折叠后呈现翼型曲线的折叠蒙皮结构，并讨论了几何参数对单元体力学性能的影响，最后从气动性能方面及静承载能力方面对比了折叠结构蒙皮与普通平面蒙皮之间的性能的优劣，说明折纸结构蒙皮具有较大的面内变形及面外刚度，适用于低马赫数下的飞行。可变刚度的折纸蒙皮结构，是一种集变形承载一体化的结构。在荷载作用下，折叠区域

6、会产生较大的变形量，该折纸蒙皮结构为机翼折叠过程中提供机翼下表面蒙皮拉伸所需的大变形量提供了一种思路。关键词：变体飞机；蒙皮；Muira折纸；变刚度；折叠机翼-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsamultiformaircraft,morphingaircraftcaneffectivelyimprovetheflightperformancebychangingtheexternalformduringtheflight,sothatitcanmaintaintheoptimalpe

7、rformanceinrealtimeandadapttothemultitaskrequirements.Themorphingaircraftusesdifferentwingconfigurationstoperformdifferentflighttasks.Thismakestheskinofthewingsurfacechanged,whichisanewtestforthecontinuity,smoothnessandcarryingcapacityoftheskin,andthequal

8、ityoftheskinhasagreatinfluenceontheoverallflightperformanceofthewing.Inviewoftheshortageofthematerialwithlargerigidityinthetraditionalskinandthesmallextensionofthematerialundertheload,thispapertakesthemorphingwingti