大推力直线超声电机及其在变后掠翼中的应用研究

近空间高超声速飞行器的速度变化范围大，采用变后掠翼的变形方案可望在不同的飞行阶段获得较好的气动性能。前期研究在探讨变后掠翼的机构构型，研制用于驱动机构的高推重比直线超声电机和抗剪切蒙皮方面取得了一定的突破。但是，由于直线超声电机推力小，尚不满足高超声速飞行器的飞行环境。本项目提出进行大推力直线超声电机的研究，并进一步优化变后掠翼驱动机构，进行系统集成。首先，揭示基于螺纹传动的杆式大推力直线超声电机的驱动机理，提出电机的新构型，分析高频微幅振动定子与低频运动动子间的间隙、冲击角度等参数与能量耦合传递效率之间的关系，以实现高效率、大位移、大推力输出为目标优化电机结构。其次，提出基于大推力直线超声电机和位移放大机构一体的变后掠翼驱动一体化设计方案，对驱动机构的安放位置、数量等进行优化，以提高驱动效率。最后，探讨驱动机构、传感模块、高弹性蒙皮的系统集成技术，验证变体机翼功能。

根据不同飞行条件的需求，研究了多种不同机翼构型及其气动特性。研制了多种新型高效率、高可靠性、大推重比的直线超声电机作动器及驱动、控制器。采用V型直线超声电机作为变后掠翼的变形驱动器并通过试验验证了方案的可行性。对变弯度机翼进行了深入分析并建立了可变体二维机翼段的最佳构型。研制了适用于变后掠翼剪切变形和变弯度翼伸缩变形的夹芯式半刚性蒙皮。提出了一种位矩阵表示的多目标遗传算法，对柔性蒙皮支撑结构进行拓扑优化研究，得到多种适用于变体机翼的柔性蒙皮支撑结构。对柔性蒙皮、超声电机驱动系统、传感器等进行一体化设计。分析了作动器的驱动、控制技术与可变体二维机翼段构型及其气动性能之间的关系。对各功能部件进行充分集成，制作出变后掠翼和变弯度翼两种可变体二维机翼段的缩比模型，并在地面和风洞中进行实验。实验结果表明，两种不同形式的变体机翼能达到预期的变形和气动要求。