變體技術在兵器設計上的應用

1、變體技術在兵器設計上的應用 變體技術在兵器設計上的應用 馮金富 馮金富 陳國明 陳國明 張萌 張萌 空軍工程大學航空工程學院 空軍工程大學航空工程學院 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： 變體技術是將多種性能在同一平臺上實現的最佳途徑, 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。本文簡要總結了變體飛行器的發(fā)展歷程, 然后分析了變體導彈

2、相關技術, 最后介紹了水空跨介質航行器及其運用變體技術情況。關鍵詞： 變體技術; 導彈; 作戰(zhàn)效能; 跨介質航行器; 作者簡介： 作者簡介：馮金富 (1964—) , 男, 教授, 博士生導師, 主要從事跨介質航行器研究。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; 在嚴格的意義上, 變體或變形技術在 20 世紀初的第一代飛機上就有體現, 如萊 特兄弟的飛機, 其機翼材料為布和輕質木料, 彈性很大, 可以通過控制其變形來調整飛行。到固定翼飛機時代, 為改變飛行姿態(tài), 設計了升降舵、副翼

5、、襟翼等 能夠通過鉸鏈實現偏轉的操縱面。在追求亞聲速、跨聲速、超聲速飛行性能同時最優(yōu)化理念的驅動下, 出現了 F-14、圖-160 等變后掠翼飛機, 雖滿足了戰(zhàn)技 性能, 卻付出了結構、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)一段時間里飛機設計中不再有類似的設計。1979 年, 美國國家航空航天局 (NASA) 與波音 (Boeing) 合作開展任務自適應機翼 (Mission Adaptive Wing,

6、MAW) 計劃[5-7], 其研究表明根據速度變化改變機翼彎度可以減小阻力, 但當時的變形依靠大量鉸接點和作動器實現, 機翼重量太 大, 無法實際應用。1985 年, NASA 啟動主動柔性機翼 (Adaptive Flexible Wing, AFW) 計劃[8], 1996 年后擴展為主動氣動彈性機翼 (Adaptive Aeroelastic Wing, AAW) 計劃[9]。試驗結果證實, AAW 技術能夠使機翼結構減 重

7、10%~20%, 并大幅提高飛機的滾轉性能和機動能力[10-11], 但該方案的氣動優(yōu)勢卻被其氣動面產生的阻力所抵消。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、可折疊彈翼/尾翼、激光雷達導引頭以及 GPS 制導系統(tǒng)構成[12]。在發(fā)射前翼面處于折疊狀態(tài), 機翼向后折疊, 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) 主導的變體飛行器結構 (Morphing Aircraft Structure, MAS) 計劃[13-14]認為, 為適應更大范圍飛行條件需大幅度變化機翼外形, 變化的幅度應不小于:展弦比變化 200%, 機翼面積 變化 50%, 扭轉角變化 5°, 后掠角變化 20%。該計劃旨在發(fā)展一種能夠根據任務變形的多用途無

9、人機, 提出了兩種具有較強代表意義的方案, 如圖 2 所 示:Lockheed Martin 公司的折疊機翼 (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 [17]。該公司很快設計