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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:胡启华,聂瑞,张超,裘进浩,张宇鹏,季宏丽.可调负泊松比蜂窝结构在变面积机翼上的应用[J].哈尔滨工业大学学报,2024,56(8):24.DOI:10.11918/202307016
HU Qihua,NIE Rui,ZHANG Chao,QIU Jinhao,ZHANG Yupeng,JI Hongli.Application of adjustable negative Poisson’s ratio honeycomb structure on variable-area wing[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2024,56(8):24.DOI:10.11918/202307016
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可调负泊松比蜂窝结构在变面积机翼上的应用
胡启华1,聂瑞2,张超1,裘进浩1,张宇鹏3,季宏丽1
(1.航空航天结构力学及控制全国重点实验室(南京航空航天大学),南京 210016; 2.中国民用航空飞行学院 航空工程学院,四川 广汉 618307; 3.中国航天科工飞航技术研究院,北京 100074 )
摘要:
为提高变面积机翼的性能,实现光滑柔性的无缝变形,提出了一种新型的基于负泊松比蜂窝结构的变面积机翼设计。首先,通过将负泊松比蜂窝结构单元运用到变面积机翼的设计中,利用负泊松比单元的拉胀特性,可以使机翼结构在发生展向变形的同时,发生弦向上的变形,由此实现更大的面积变化。然后,为实现对变面积机翼结构的变形轮廓控制,设计了一种新型的局部负泊松比可调的蜂窝结构单元,通过有限元仿真对其相对弹性模量和泊松比的调控规律进行了分析。最后,通过对机翼结构中的蜂窝结构单元参数优化设计,验证了其对变面积机翼结构的变形轮廓控制能力。研究结果表明,当机翼结构沿展长方向变形量为10.0%时,变面积机翼实现了23.9%的面积变化,且机翼结构变形后轮廓与目标轮廓吻合较好,形状误差仅为1.09%。同时机翼结构具有良好的承载性能,对于使用7075铝合金材料的变面积机翼结构,在承受15 kPa的气动载荷时,最大面外位移为0.645 mm。初步验证了基于负泊松比蜂窝结构的变面积机翼设计的可行性,为变面积机翼结构的设计提供了一种新思路。
关键词:  反手性蜂窝结构  变体飞行器  拉胀结构  变形控制  可调负泊松比
DOI:10.11918/202307016
分类号:V224
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(51921003); 国家重点研发计划项目(2021YFB3400100);江苏省自然科学基金(BK20220133);航空航天结构力学及控制全国重点实验室开放基金(MCMS-E-0521Y02)
Application of adjustable negative Poisson’s ratio honeycomb structure on variable-area wing
HU Qihua1,NIE Rui2,ZHANG Chao1,QIU Jinhao1,ZHANG Yupeng3,JI Hongli1
(1. State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; 2. College of Aviation Engineering, Civil Aviation Flight University of China, Guanghan 618307, Sichuan, China; 3. China Aerospace Institute of Science and Technology, Beijing 100074, China)
Abstract:
To improve the performance of variable area wing and realize smooth and flexible deformation, a new variable area wing design based on negative Poisson’s ratio honeycomb structure is proposed. Firstly, the negative Poisson’s ratio honeycomb structure element is applied to the design of variable area wing. By using the auxetic characteristics of the negative Poisson’s ratio element, the wing structure undergoes both span direction and chord direction deformation, so as to achieve greater area change. Then, in order to realize the deformation control of variable area wing structure, a new type of honeycomb structure unit with local negative Poisson’s ratio adjustable is designed. The control rules for its relative elastic modulus and Poisson’s ratio are analyzed by finite element simulation. Finally, by optimizing the parameters of the honeycomb structure unit in the wing structure, the deformation control ability of honeycomb structure unit is validated. The results show that when the deformation of the wing structure along the span direction is 10.0%, the variable-area wing achieves a 23.9% area change. Furthermore, the deformed contour of the wing structure matches the target contour well, with a shape error of only 1.09%. The wing structure also exhibits good bearing performance. For a variable area wing structure made of 7075 aluminum alloy, the maximum out-of plane-displacement is 0.645 mm under the aerodynamic load of 15 kPa. The feasibility of variable area wing design based on negative Poisson’s ratio honeycomb structure is preliminarily validated, which provides a new idea for the design of variable area wing structures.
Key words:  anti-chiral honeycomb structure  morphing aircraft  auxetic structure  deformation control  adjustable negative Poisson’s ratio

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