Morphing aircraft are the flight vehicles that can reconfigure their shape during the flight in order to achieve superior flight performance. However, this promising technology poses cross-disciplinary challenges that encourage widespread design possibilities. This research aims to investigate the flight dynamic characteristics of various morphed wing configurations that can be incorporated in small-scale UAVs. The objective of this study was to analyze the effects of in-flight wing sweep and wingspan morphing on aerodynamic and flight stability characteristics. Longitudinal, lateral, and directional characteristics were evaluated using linearized equations of motion. An open-source code based on Vortex Lattice Method (VLM) assuming quasi-steady flow was used for this purpose. Trim points were identified for a range of angles of attack in prestall regime. The aerodynamic coefficients and flight stability derivatives were compared for the aforementioned morphing schemes with a fixed-wing counterpart. The results indicated that wingspan morphing is better than wing sweep morphing to harness better aerodynamic advantages with favorable flight stability characteristics. However, extension in wingspan beyond certain limits jeopardizes the advantages. Dynamically, wingspan and sweep morphing schemes behave in an exactly opposite way for longitudinal modes, whereas lateral-directional dynamics act in the same fashion for both morphing schemes. The current study provided a baseline to explore the advanced flight dynamic aspects of employed wing morphing schemes.

中文翻译：

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小型无人机翼展和后掠形态的稳定性特征：数学分析

变形飞机是可以在飞行过程中重新配置其形状以实现卓越飞行性能的飞行器。但是，这项有前途的技术提出了跨学科的挑战，鼓励了广泛的设计可能性。这项研究的目的是调查可以合并到小型无人机中的各种变形机翼构型的飞行动力学特性。这项研究的目的是分析飞行中的机翼后掠和翼展变形对空气动力学和飞行稳定性特征的影响。纵向，横向和方向特性是使用线性运动方程评估的。为此，使用了基于准稳态流的基于Vortex Lattice Method（VLM）的开源代码。在失速状态下确定了一系列攻角的修整点。空气动力学系数和飞行稳定性导数在固定翼的情况下与上述变形方案进行了比较。结果表明，翼展变形优于机翼后掠变形，以利用更好的空气动力学优势和良好的飞行稳定性。但是，翼展超过某些限制会损害其优势。在动态上，翼展和后掠变形方案在纵向模式下的行为完全相反，而横向动力学在两种变形方案下的行为均相同。当前的研究为探索采用机翼变形方案的先进飞行动力学方面提供了基线。空气动力学系数和飞行稳定性导数在固定翼的情况下，比较了上述变形方案。结果表明，翼展变形优于机翼后掠变形，以利用更好的空气动力学优势和良好的飞行稳定性。但是，翼展超过某些限制会损害其优势。在动态上，翼展和后掠变形方案在纵向模式下的行为完全相反，而横向动力学在两种变形方案下的行为均相同。当前的研究为探索采用机翼变形方案的先进飞行动力学方面提供了基线。空气动力学系数和飞行稳定性导数在固定翼的情况下，比较了上述变形方案。结果表明，翼展变形优于机翼后掠变形，以利用更好的空气动力学优势和良好的飞行稳定性。但是，翼展超过某些限制会损害其优势。在动态上，翼展和后掠变形方案在纵向模式下的行为完全相反，而横向动力学在两种变形方案下的行为均相同。当前的研究为探索采用机翼变形方案的先进飞行动力学方面提供了基线。结果表明，翼展变形优于机翼后掠变形，以利用更好的空气动力学优势和良好的飞行稳定性。但是，翼展超过某些限制会损害其优势。在动态上，翼展和后掠变形方案在纵向模式下的行为完全相反，而横向动力学在两种变形方案下的行为均相同。当前的研究为探索采用机翼变形方案的高级飞行动力学方面提供了基线。结果表明，翼展变形优于机翼后掠变形，以利用更好的空气动力学优势和良好的飞行稳定性。但是，翼展超过某些限制会损害其优势。在动态上，翼展和后掠变形方案在纵向模式下的行为完全相反，而横向动力学在两种变形方案下的行为均相同。当前的研究为探索采用机翼变形方案的高级飞行动力学方面提供了基线。对于纵向模式，翼展和扫掠变形方案的行为完全相反，而对于两种变形方案，横向动力学的行为均相同。当前的研究为探索采用机翼变形方案的先进飞行动力学方面提供了基线。对于纵向模式，翼展和扫掠变形方案的行为完全相反，而对于两种变形方案，横向动力学的行为均相同。当前的研究为探索采用机翼变形方案的先进飞行动力学方面提供了基线。