飞翼布局飞行器是新一代战略轰炸机、高空无人侦察机首选的气动布局。然而，这类飞行器的机体俯仰转动惯量小、机翼弯曲频率低，导致其刚体短周期俯仰模态与机翼低阶弹性模态在气流作用下相互耦合，诱发刚-弹耦合颤振，严重限制飞行器的飞行包线和任务执行能力。如何突破刚-弹耦合颤振屏障已成为新一代飞翼布局飞行器研制亟待解决的核心难题。

近日，由胡海岩院士、黄锐教授领导的团队在飞翼布局飞行器的刚-弹耦合颤振抑制技术研究方面取得突破。飞行试验表明，该团队成功实现结构强度极限内的刚-弹耦合颤振屏障突破，将安全飞行速度提高62.5%，创造了该领域的世界记录。相关研究成果以“Breaking Through Flutter Barrier of Rigid-Elastic Coupling Aircraft”为题发表于力学领域顶刊《ASME Applied Mechanics Reviews》（影响因子：16.1）。论文第一作者为我校航空学院博士生邹奇彤，通讯作者为南京航空航天大学黄锐教授和北京理工大学胡海岩院士，航空航天结构力学及控制全国重点实验室为论文第一完成单位。该研究工作获得国家自然科学基金委员会优秀青年科学基金、国家自然科学基金青年基金A类项目资助，是近20年来我国动力学与控制领域学者在该期刊发表的唯一论文。

担起强国使命   勇攀科技高峰

刚-弹耦合颤振抑制技术可在不改变原始飞行器结构设计、不增加冗余质量与刚度的前提下，通过飞行器自身传感系统的监测数据，依据预设的强鲁棒性控制律实时调节气动力分布，进而增加等效刚度与等效阻尼，抑制刚-弹耦合颤振。由于该技术具有拓宽隐身飞行器飞行包线、降低研发成本等优势，新世纪以来美国国家航空航天局（NASA）、航空业巨头洛克希德马丁公司等投入巨资开展技术攻关。但由于技术难度大（图1），一直未取得实质性突破。该团队针对我国航空科技发展需求，勇于挑战世界难题。

图1 刚-弹耦合颤振抑制技术的难点与挑战

五年潜心研究  实现“换道超车”

该团队历时5年时间，在飞翼布局飞行器的刚-弹耦合颤振机理认知、刚-弹耦合气动伺服弹性理论、刚-弹耦合颤振抑制策略及刚-弹耦合颤振抑制飞行试验技术等方面取得了突破性进展。

团队提出仅含四个自由度的刚-弹耦合动力学模型，探明了刚-弹耦合颤振中飞行力学的短周期模态、沉浮模态与结构弯曲模态、扭转模态间的耦合效应（图2），揭示了敏感参数对刚-弹耦合颤振特性的影响规律。

图2 刚-弹耦合颤振作用机理

针对国内飞行器刚-弹耦合动力学建模专用软件缺乏、国外禁售这一“卡脖子”境况，团队创建了一种飞行力学与气动弹性相互融合的刚-弹耦合建模方法，开发了我国第一套具有完全自主知识产权的刚-弹耦合飞行力学建模软件。该方法在一般体轴系下统一描述刚体运动、结构弹性振动与操纵面偏转的耦合关系，数值仿真结果与真实飞行试验结果高度吻合，并具有较高的精度（图3）。

图3 刚-弹耦合气动伺服弹性建模方法及颤振飞行试验

解决核心痛点  生成“中国方案”

该团队攻克了超临界飞行条件下受控对象的“天地一致性”建模、考虑弹性效应的定速增稳控制、刚-弹耦合颤振抑制系统设计等关键技术。自主研制了展弦比超过10的柔性飞翼布局无人机，成功完成了具有极高风险的刚-弹耦合颤振抑制飞行试验，将刚-弹耦合颤振临界速度提升62.5%，在世界上首次突破结构强度极限内的刚-弹耦合颤振屏障（图4）。

图4 刚-弹耦合颤振抑制飞行试验实测数据

图5 刚-弹耦合颤振抑制技术飞行试验成功后的团队合影

上述研究成果既是南航人仰望星空，脚踏实地的科研成就，也是该团队攀登未来航空科技高峰的新起点。

一审：肖莉萍   二审：任盈盈   三审：卜建