缩比飞翼模型在不同载荷下的动态稳定性分析

郭洲鋆; 赵冉; 雷鸣; 詹建宁; 王绍楠; 王睿文; 谢天煜; 谷迎松

Chinese

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

缩比飞翼模型在不同载荷下的动态稳定性分析

更新时间：2026-04-24

- 缩比飞翼模型在不同载荷下的动态稳定性分析
- Dynamic stability analysis of a scaled flying wing model under different loads
- 航空工程进展 2026年页码：1-8
- 作者机构：
  
  1.西北工业大学航空学院，西安 710072
  2.强度与结构完整性全国重点实验室，西安 710065
  3.中国飞行试验研究院飞机所，西安 710089
- 作者简介：
  
  谷迎松(1981-), 男, 博士, 副教授。 E-mail: guyingsong@nwpu.edu.cn
- 基金信息：
- DOI：
  中图分类号： V212.1
- 收稿：2025-09-05，
  
  修回：2026-04-19，
  
  网络首发：2026-04-24，
- 稿件说明：
移动端阅览
郭洲鋆,赵冉,雷鸣,等. 缩比飞翼模型在不同载荷下的动态稳定性分析[J]. 航空工程进展.

GUO Zhouyun,ZHAO Ran,LEI Ming, et al. Dynamic stability analysis of a scaled flying wing model under different loads[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering.(in Chinese)
郭洲鋆,赵冉,雷鸣,等. 缩比飞翼模型在不同载荷下的动态稳定性分析[J]. 航空工程进展. DOI：

GUO Zhouyun,ZHAO Ran,LEI Ming, et al. Dynamic stability analysis of a scaled flying wing model under different loads[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering.(in Chinese) DOI：

摘要

太阳能无人机通常采用轻质大柔性机翼，结构受载后易发生显著的变形，引起飞行器气动外形及气动特性的改变。以“太阳神”无人机为原型机进行缩比模型设计，结合涡格法和非线性有限元方法开展松耦合静气动弹性分析，获得类“太阳神”无人机缩比模型在不同过载下的弯曲变形特性。以翼梢变形相对半展长的比例系数为控制参数，分析缩比模型在不同变形下的转动惯量变化趋势；采用涡格法确定变形前后的气动导数，并基于线化小扰动理论，对不同变形构型下的缩比模型进行对应的飞行动力学稳定性分析。结果表明：随着翼梢相对变形的逐渐增大，所设计的类“太阳神”无人机缩比模型纵向静稳定性逐渐增强，长周期和短周期模态稳定性变差，横—航向运动稳定性也有降低。

Abstract

Solar-powered unmanned aerial vehicles typically employ lightweight and highly flexible wings. After being loaded， the structures are prone to significant deformations， which cause changes in the aerodynamic characteristics of the aircraft. A scaled-down model is designed based on the Helios UAV as the prototype. The bending deformation characteristics of the scaled-down model under different overloads are analyzed by a loosely coupled static aeroelastic analysis， which integrates the vortex lattice method and nonlinear finite element method. Taking the proportion coefficient of the wingtip deformation relative to the half-span length as the control parameter， the variation trend of the moment of inertia of the scaled model under different deformations is analyzed. The aerodynamic derivatives before and after deformation are determined by the vortex-lattice method. The flight dynamic stability analyses are conducted for the scale models under various deformation states based on the linearized small-disturbance theory. The results show that， as the relative deformation of the wingtip gradually increases， the longitudinal static stability of the designed highly flexible flying wing scale model gradually enhances， the stability of phugoid and short-period modes deteriorates， and the lateral motion stability also degrades.

关键词

Keywords

references

Yang C ， Wang L B ， Xie C C ， et al . Aeroelastic trim and flight loads analysis of flexible aircraft with large deformations ［J］. Science China Technological Sciences ， 2012 ， 55 （ 10 ）： 2700 - 2711 .

Gonzalo J ， López D ， Domínguez D ， et al . On the capabilities and limitations of high altitude pseudo-satellites ［J］. Progress in Aerospace Sciences ， 2018 ， 98 ： 37 - 56 .

姚远，徐一鸣，张宇，等 . 超高空太阳能无人机多学科优化设计［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版）， 2025 ， 57 （ 3 ）： 496 - 508 .

Yao Yuan ， Xu Yiming ， Zhang Yu ， et al . Multidisciplinary optimization design of ultra-high altitude solar UAV ［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics （Natural Science Edition）， 2025 ， 57 （ 3 ）： 496 - 508 . （in Chinese）

石文，贾永清，李广佳，等 . 高空超长航时太阳能无人机主要技术问题分析［J］. 飞航导弹， 2021 （ 6 ）： 63 - 66， 104 .

Shi Wen ， Jia Yongqing ， Li Guangjia ， et al . Analysis of main technical problems of high altitude and long endurance solar unmanned aerial vehicle ［J］. Aerodynamic Missile Journal ， 2021 （ 6 ）： 63 - 66， 104 . （in Chinese）

叶川，李锋，付义伟，等 . 临近空间长航时太阳能飞行器动导数特性及机理［J］. 宇航学报， 2015 ， 36 （ 11 ）： 1219 - 1225 .

Ye Chuan ， Li Feng ， Fu Yiwei ， et al . Characteristics and mechanisms of dynamic derivatives of the near space long endurance solar powered aircraft ［J］. Journal of Astronautics ， 2015 ， 36 （ 11 ）： 1219 - 1225 . （in Chinese）

NOLL T ， BROWN J ， PEREZ D M ， et al . Investigation of the helios prototype aircraft mishap volume I mishap report ［R］. US ： NASA ， 2004 .

Cesnik C E S ， Senatore P J ， Su W H ， et al . X-HALE： A very flexible unmanned aerial vehicle for nonlinear aeroelastic tests ［J］. AIAA Journal ， 2012 ， 50 （ 12 ）： 2820 - 2833 .

Wang Z C ， Chen P C ， Liu D D ， et al . Time domain nonlinear aeroelastic analysis for HALE wings ［C］∥ 47th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures， Structural Dynamics， and Materials Conference. Newport ， Rhode Island ： AIAA ， 2006 ： 1640 - 1651 .

Liu Z W ， Hou Z X ， Wang W K . Effect of bending deformation on flight dynamics of a high-aspect-ratio flying wing ［C］∥ 2016 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics （ROBIO） . Qingdao， China ： IEEE ， 2016 ： 2057 - 2062 .

刘征，蒋盼盼，王国良，等 . 基于CFD/CSD的大柔性机翼静气动弹性研究［J］. 航空工程进展： 1 - 7 ［ 2025-05-13 ］.

Liu Zheng ， Jiang Panpan ， Wang Guoliang ， et al . Numerical research on static aeroelasticity of highly flexible wingbased on CFD/CSD coupling ［J］. Advances in Aeronautical Science and Engineering： 1 - 7 ［ 2025-05-13 ］. （in Chinese）

尼早，黄一桓，谢海军 . 民用飞机大展弦比大柔性机翼高速静气动弹性载荷风洞试验［J］. 空气动力学学报， 2025 ， 43 （ 6 ）： 35 - 44 .

Ni Zao ， Huang Yihuan ， Xie Haijun . High-speed wind tunnel test of static aeroelastic load for large aspect-ratio and high flexible wing of civil aircraft ［J］. Acta Aerodynamica Sinica ， 2025 ， 43 （ 6 ）： 35 - 44 . （in Chinese）

Shi P T ， Liu F ， Gu Y S ， et al . The development of a flight test platform to study the body freedom flutter of BWB flying wings ［J］. Aerospace ， 2021 ， 8 （ 12 ）： 390 .

Drachinsky A ， Avin O ， Raveh D E ， et al . Flutter tests of the pazy wing ［J］. AIAA Journal ， 2022 ， 60 （ 9 ）： 5414 - 5421 .

张驰 . 柔性飞机气动弹性与飞行动力学耦合特性研究［D］. 西安：西北工业大学， 2020 .

Zhang Chi . Research on coupled nonlinear aeroelasticity and flight dynamics of flexible aircraft ［D］. Xi’an ： Northwestern Polytechnical University ， 2020 . （in Chinese）

马振宇 . 全翼布局无人机飞行控制方法研究［D］. 西安：西北工业大学， 2019 .

Ma Zhenyu . Flight control research for full-wing unmanned aerial vehicle ［D］. Xi’an ： Northwestern Polytechnical University ， 2019 . （in Chinese）

杨智春，张惠，谷迎松，等 . 考虑几何非线性效应的大展弦比机翼气动弹性分析［J］. 振动与冲击， 2014 ， 33 （ 16 ）： 72 - 75 .

Yang Zhichun ， Zhang Hui ， Gu Yingsong ， et al . Aeroelastic analysis of the high aspect ratio wing considering the geometric nonlinearity ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2014 ， 33 （ 16 ）： 72 - 75 . （in Chinese）

Etkin B ， Reid L D . Dynamics of flight ［M］. 3rd ed . New York ： Wiley ， 1996 ： 107 - 114 .

赵冉，陶杨，张峻鸣，等 . 面向初步设计的一种高效静气动弹性分析方法［J］. 机械科学与技术， 2024 ， 43 （ 5 ）： 891 - 896 .

Zhao Ran ， Tao Yang ， Zhang Junming ， et al . A high-efficiency method for static aeroelasticity analysis in preliminary design ［J］. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering ， 2024 ， 43 （ 5 ）： 891 - 896 . （in Chinese）

Avin O ， Raveh D E ， Drachinsky A ， et al . Experimental aeroelastic benchmark of a very flexible wing ［J］. AIAA Journal ， 2022 ， 60 （ 3 ）： 1745 - 1768 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据