南京航空航天大學突破“飛行魔咒”:剛-彈耦合顫振抑制技術創世界紀錄
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核心突破:南航胡海巖院士、黃銳教授團隊在國際上首次突破結構強度極限內的剛-彈耦合顫振屏障,將飛行器安全飛行速度提升62.5%,創造該領域世界紀錄 。這一成果發表于力學領域頂級期刊《應用力學評論》,并通過自主研制的展弦比超10的柔性飛翼無人機驗證機完成飛行試驗驗證 。
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一、“飛行魔咒”:剛-彈耦合顫振的致命威脅
顫振是飛行器在特定速度下發生的自激振動發散現象,被稱為航空領域的“死亡陷阱”。當飛行速度超過“顫振臨界速度”,振動會急劇放大,導致結構疲勞甚至空中解體。
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剛-彈耦合顫振特指飛翼布局等柔性飛行器的剛體運動與彈性變形相互耦合引發的顫振,更難預測與控制 。飛翼布局因無尾翼、隱身性好、航程遠,是未來無人機與運輸機的重要方向,但展弦比越大、結構越輕,顫振風險越高,成為長期阻礙其性能提升的“硬骨頭” 。
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傳統應對方式多以增加結構重量、降低設計速度為代價,與飛行器追求輕量化、高速化的目標相悖。
二、十年攻關:南航團隊的創新之路
團隊歷時十年,摒棄“硬碰硬”思路,另辟蹊徑實現突破 :
1. 自主建模體系:研發完全自主知識產權的剛-彈耦合飛行力學建模軟件,打破國外技術壟斷,解決了柔性飛行器顫振預測精度不足的難題 。
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2. 極簡控制算法:提出僅含四個自由度的剛-彈耦合動力學簡化模型,配套設計高效控制算法,無需改動原有結構或增加重量即可實現顫振抑制。
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3. 智能感知系統:在機身布設微型傳感器網絡,實時監測微小形變,核心算法瞬間計算最優控制指令,通過舵面微調主動抵消顫振趨勢。
4. 極限飛行驗證:研制展弦比超10的柔性飛翼無人機驗證機,開展高風險飛行試驗,最終在結構強度極限內實現62.5%的顫振臨界速度提升,成為全球首個達成此成就的團隊 。
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三、62.5%提升:意味著什么?
性能飛躍:同款飛翼飛機若原極限速度1000公里/小時,現可安全飛行至1625公里/小時,顯著拓展任務邊界。
設計解放:無需為抑制顫振過度增重,實現輕量化與高性能兼得,提升載荷與航程。
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安全冗余:為現有飛行器提供額外安全裕度,應對復雜氣流與突發狀況。
國際領先:標志中國在飛行動力學與控制領域從跟跑到領跑的跨越,為后續高超音速與空天飛行器研發奠定基礎。
四、應用前景:開啟飛翼布局新紀元
該技術將推動多領域航空裝備升級:
1. 軍用無人機:提升長航時偵察、察打一體無人機的速度與隱身性能,拓展作戰半徑。
2. 民用航空:助力大型飛翼布局運輸機研發,提升燃油效率與運載能力,降低運營成本。
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3. 未來飛行器:為高超音速飛行器、空天飛機等提供顫振抑制解決方案,加速新型號研發進程。
4. 技術輻射:成果可應用于風電葉片、高鐵橋梁等其他受顫振/振動困擾的工程領域,具備跨行業價值。
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五、背后的力量:南航的力學與控制底蘊
胡海巖院士是我國動力學與控制領域權威,長期深耕飛行器顫振與控制研究;黃銳教授團隊在飛行動力學建模與主動控制方面積累深厚 。南航作為航空航天特色高校,在飛行器設計、力學分析與控制工程領域具備完整科研體系,為此次突破提供堅實支撐 。
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這項突破不僅是技術勝利,更彰顯中國航空人自主創新、敢為人先的科研精神,為中國航空工業撕開未來天際線,助力實現更高、更快、更安全的飛行夢想。
素材來源于官方媒體/網絡新聞
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