南京高校又创世界纪录

问题——飞翼布局被认为是新一代航空器的重要发展方向,具有气动效率高、结构布局潜力大等优势,但其稳定性挑战突出。

业内长期关注的刚-弹耦合颤振,是制约飞翼布局“飞得稳、飞得快”的核心瓶颈之一。

一旦发生耦合颤振,飞行器可能出现强烈振动,导致操稳性能下降,极端情况下甚至引发结构失效。

为规避风险,传统工程往往采取降低速度、降低任务包线等保守策略,直接限制了飞翼布局在高速、高机动或复杂任务场景中的应用拓展。

原因——该类颤振的“难啃”在于耦合强、边界窄、验证难。

飞翼布局机体俯仰转动惯量较小、机翼结构相对柔性,机翼弯曲等低阶弹性模态容易与飞行力学中的短周期俯仰模态在气流激励下相互作用,形成跨学科的耦合不稳定。

相比传统机翼颤振,刚体运动与结构弹性共同参与、参数敏感性更高,导致模型建立、控制设计和试验验证都面临更高门槛。

同时,相关专用建模与分析工具长期受制于国外供给,工程上对机理的“看得清”、对参数的“抓得准”成为制约突破的重要因素。

影响——南航团队此次给出的突破,集中体现在“机理明晰+工程验证”两个层面。

据介绍,团队提出仅含四个自由度的刚-弹耦合动力学模型,在保证关键物理机制完整表达的同时,显著提高了分析与设计效率,使短周期模态、沉浮模态与结构弯曲、扭转等模态之间的耦合路径更清晰,敏感参数对颤振特性的影响规律也更可量化。

更重要的是,团队将理论成果推向实证:在自主研制的柔性飞翼布局无人机验证机上开展高风险飞行试验,将刚-弹耦合颤振临界速度提升62.5%,并实现结构强度极限约束内的关键跨越,刷新了该方向的国际纪录。

相关成果发表于国际期刊《应用力学评论》,并得到国家自然科学基金相关项目支持,为我国动力学与控制研究在国际高水平平台发声提供了新的案例。

对策——从技术路径看,团队采用的抑制思路强调“在不改变原有结构设计的前提下提升稳定裕度”。

通过传感器对飞行状态进行实时监测,并对气动力分布进行快速调节,实现对颤振趋势的早期抑制,相当于在不额外显著增加重量、刚度的情况下,提升系统的等效稳定性与阻尼水平。

这一思路契合先进飞行器“轻量化、智能化、任务包线扩展”的需求,也为柔性结构飞行器在更大展弦比、更复杂气动环境下的运行提供可行方案。

与此同时,自主研制具备完全自主知识产权的刚-弹耦合飞行力学建模软件,意味着关键设计环节能够形成可复制、可迭代的国产化工具链,为后续型号研制与工程应用打下基础。

前景——面向未来,飞翼布局及高展弦比柔性飞行器在无人化平台、长航时任务与高效运输等领域具有广阔应用空间,但要从概念优势走向体系化能力,必须持续攻克稳定性、控制律、结构强度与可靠性等一揽子问题。

此次在刚-弹耦合颤振方向实现的临界速度大幅提升,为飞行包线拓展提供了直接支撑,也为更高性能的飞翼布局平台研发提供了关键技术储备。

下一阶段,相关技术仍需在更复杂工况、更全任务谱系以及工程可维护性方面接受检验,并与总体设计、材料工艺、试验验证体系形成更紧密的协同,以推动成果从验证机走向工程化、系列化应用。

从实验室的理论创新到机场跑道的实践验证,南航团队用十年坚守诠释了科研攻关的深刻内涵。

这项立足自主创新、突破技术封锁的成果启示我们:关键核心技术是要不来、买不来的。

在建设航空强国的征程上,唯有持续强化基础研究、突破原创技术,方能在世界科技竞争中赢得战略主动。