南航天團隊在耦合顫振抑制方面取得突破性進展
2025-12-26 08:13飛翼布局飛行器是新一代戰略轟炸機、高空無人偵察機首選的氣動布局。然而，這類飛行器的機翼彎曲頻率低，導致其剛體短周期俯仰模態與機翼低階彈性模態在氣流作用下相互耦合，誘發剛-彈耦合顫振，嚴重限制飛行器的飛行包線和任務執行能力。如何突破剛-彈耦合顫振屏障已成為新一代飛翼布局飛行器研制亟待解決的核心難題。
近日，由胡海巖院士、黃銳教授領導的團隊在飛翼布局飛行器的剛-彈耦合顫振抑制技術研究方面取得突破。飛行試驗表明，該團隊成功實現結構強度極限內的剛-彈耦合顫振屏障突破，將安全飛行速度提高62.5%，創造了該領域的世界記錄。相關研究成果以“Breaking Through Flutter Barrier of Rigid-Elastic Coupling Aircraft”為題發表于力學領域頂刊《ASME Applied Mechanics Reviews》（影響因子：16.1）。論文第一作者為我校航空學院博士生鄒奇彤，通訊作者為南京航空航天大學黃銳教授和北京理工大學胡海巖院士，航空航天結構力學及控制全國重點實驗室為論文第一完成單位。該研究工作獲得國家自然科學基金委員會優秀青年科學基金、國家自然科學基金青年基金A類項目資助，是近20年來我國動力學與控制領域學者在該期刊發表的唯一論文。
剛-彈耦合顫振抑制技術可在不改變原始飛行器結構設計、不增加冗余質量與剛度的前提下，通過飛行器自身傳感系統的監測數據，依據預設的強魯棒性控制律實時調節氣動力分布，進而增加等效剛度與等效阻尼，抑制剛-彈耦合顫振。由于該技術具有拓寬隱身飛行器飛行包線、降低研發成本等優勢，新世紀以來美國國家航空航天局（NASA）、航空業巨頭洛克希德馬丁公司等投入巨資開展技術攻關。但由于技術難度大，一直未取得實質性突破。該團隊針對我國航空科技發展需求，勇于挑戰世界難題。
該團隊歷時5年時間，在飛翼布局飛行器的剛-彈耦合顫振機理認知、剛-彈耦合氣動伺服彈性理論、剛-彈耦合顫振抑制策略及剛-彈耦合顫振抑制飛行試驗技術等方面取得了突破性進展。
團隊提出僅含四個自由度的剛-彈耦合動力學模型，探明了剛-彈耦合顫振中飛行力學的短周期模態、沉浮模態與結構彎曲模態、扭轉模態間的耦合效應，揭示了敏感參數對剛-彈耦合顫振特性的影響規律。
剛-彈耦合顫振作用機理
針對國內飛行器剛-彈耦合動力學建模專用軟件缺乏、國外禁售這一“卡脖子”境況，團隊創建了一種飛行力學與氣動彈性相互融合的剛-彈耦合建模方法，開發了我國第一套具有完全自主知識產權的剛-彈耦合飛行力學建模軟件。該方法在一般體軸系下統一描述剛體運動、結構彈性振動與操縱面偏轉的耦合關系，數值仿真結果與真實飛行試驗結果高度吻合，并具有較高的精度。
剛-彈耦合氣動伺服彈性建模方法及顫振飛行試驗
該團隊攻克了超臨界飛行條件下受控對象的“天地一致性”建模、考慮彈性效應的定速增穩控制、剛-彈耦合顫振抑制系統設計等關鍵技術。自主研制了展弦比超過10的柔性飛翼布局無人機，成功完成了具有極高風險的剛-彈耦合顫振抑制飛行試驗，將剛-彈耦合顫振臨界速度提升62.5%，在世界上首次突破結構強度極限內的剛-彈耦合顫振屏障。
剛-彈耦合顫振抑制飛行試驗實測數據
剛-彈耦合顫振抑制技術飛行試驗成功后的團隊合影
上述研究成果既是南航人仰望星空，腳踏實地的科研成就，也是該團隊攀登未來航空科技高峰的新起點。
來源：南京航空航天大學航空學院
