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可变翼飞行器能够根据不同的外界环境与目的,利用相关技术改变机翼的某些参数,进而提高飞行性能。与传统飞行器相比,可变翼飞行器能够更大限度的提升飞行包络线,适应不同环境的能力更强,因此从某种意义上来说,可变翼飞行器就是可以执行多任务的飞行器。
折叠翼飞行器是可变翼飞行器的一种,该机翼分成内、中、外三部分,内段机翼为固定翼,中段机翼可以对着机身折叠,在折叠的同时外段机翼始终与内段机翼平行。机翼展开后有效面积增大,这样飞行器飞行时升力就相应的增加,有利于起飞和巡航；而机翼折叠时有效面积减小,有利于高速飞行和俯冲。
本文以折叠翼飞行器为研究对象,首先设计并制作固定翼飞行器,通过大量试飞试验总结飞行经验,然后设计并制作出折叠翼作动机构和锁紧机构,利用KT板自制折叠翼飞行器F-15m,并且试飞成功。随后又对折叠翼的机翼进行了改进:利用轻木和KT板制作了有翼型的飞行器机翼。接下来利用MATLAB软件对可变翼飞行器的飞行性能进行仿真,最后利用ABAQUS软件对折叠翼飞行器F-15m机翼的不同折叠角度时的模态和动态响应进行了分析。
论文研究内容主要有以下三个方面(1)利用KT板设计并制作固定翼飞行器F-15,通过大量试验总结飞行经验。从中发现飞行器后轮的安装位置不可离飞行器整体重心太远,否则起飞时升降舵需要克服很大的俯仰力矩,不利于起飞；当飞行器起飞后,发动机需要立刻关小,否则飞行器容易迎角过大而失稳。
(2)设计并制作了折叠翼飞行器的作动机构。该作动机构克服了机翼折叠处力矩过大而不容易实现机翼折叠的难题,并且折叠翼的折叠角的范围为30°到120°。将此作动机构安装在了折叠翼飞行器F-15m上,并且飞行成功。在试飞折叠翼飞行器F-15m的过程中总结出以下几点结论:当飞行器机翼为折叠状态时,起飞助跑距离要远大于机翼处于完全伸开时的起飞助跑距离；当飞行器机翼为折叠状态时,飞行速度要比展开时快,并且机动性能好:但飞行器机翼为展开时的载重能力要大于机翼为折叠时的载重能力；当机翼伸开时,由于该飞行器机翼有后掠角,因此该状态相当于机翼整体前移,导致飞行器的焦点也同时向前移动,进而使其飞行不稳,表现为飞行中一直做俯仰运动。于此同时还设计并制作了折叠翼飞行器的锁紧机构,该机构可以使机翼在一定范围的角度内很好的实现机翼的锁紧与解锁功能。
(3)将可变翼飞行器看做质点,利用MATAB对其飞行性能和飞行品质进行了仿真,主要内容有:不同飞行高度下,机翼面积与飞行速度、推力大小关系:机翼面积、飞行高度与最大上升率关系:不同飞行高度下,机翼面积、盘旋半径、盘旋周期与飞行速度关系；不同飞行高度下,机翼面积、平尾偏角与飞行速度关系。随后将折叠翼飞行器F-15m的机翼看做弹性体,利用ABAQUS软件对其进行了模态分析和动态特性分析,从中得到以下几点结论:折叠翼的折叠角度小于90°时由于其3、4阶模态的振形表现为明显的弯扭组合变形,这对飞行器是不利的。因此可以说:机翼折叠角度越大对飞行器机翼的稳定性越有利；同一飞行速度下,折叠角为60°和90°时,机翼受力后的振动位移要比折叠角度为30°和120°时要大；同一折叠角度下,飞行速度越大,机翼受力后的振动响应越剧烈。