传统飞行器在设计过程中只能针对某一个或几个设计点进行最优设计,而飞行过程中随着外界环境和飞行任务的变化,飞行器的飞行参数一直处于变化之中,也就意味着传统飞行器不能在飞行过程中始终保持气动性能的最优状态。变体飞行器可以随着飞行环境和飞行任务的改变来调整自身的气动布局,从而实现在整个飞行过程中始终保持气动性能的最优状态。质轻、布局合理、结构紧凑的可变形机翼是实现变体飞行器技术的物质基础,在满足气动承载要求的条件下还需要满足一定的变形要求,气动承载要求约束机翼必须具有足够的刚度,而变形要求则需要机翼具备一定的柔度,从而导致可变形机翼不仅一直是变体飞行器研究的关键内容,而且是变体飞行器技术发展最重要的制约因素。蜂窝结构具备较高的面外刚度、较轻的质量以及优秀的力学性能可设计性,被众多研究者看作是机翼变形结构问题最有效的解决方案之一。随着变体飞行器技术的发展,研究者开发出了不同的机翼变形方式,其中变弯度机翼是研究最多的一种变体形式,因为弯度是机翼产生升力的主要因素,改变机翼的弯度能够对机翼的气动特性产生较大的改变。飞行器起飞和降落过程中需要调整升力来保证飞行器的功能实现,传统飞行器通过改变副翼的偏转角度来实现,而对于变体飞行器来说,变弯度机翼是飞行器起飞和降落阶段最好的控制方式之一。本文针对蜂窝结构在变弯度机翼中的应用,设计了一种新型零泊松比蜂窝结构,由六边形或者内凹型六边形结构结合薄板镶嵌阵列而成,薄板位于蜂窝结构厚度方向的几何中心,这样六边形或者内凹型六边形与薄板两种组件分工协作,分别负责蜂窝结构不同的力学性能:六边形或者内凹型六边形结构负责蜂窝结构的面内拉伸刚度、面外平压刚度以及横向剪切刚度;薄板则可以使蜂窝结构具备较大的面外弯曲柔度。传统的蜂窝结构实现面外弯曲柔度增大的方法只有两个:增大胞元几何尺寸或者降低胞壁厚度,这两种方法都会不可避免的导致蜂窝结构面内拉伸刚度、面外平压刚度以及横向剪切刚度的降低。而新型零泊松比蜂窝结构可以通过调整薄板的几何尺寸,达到增大面外弯曲柔度的目的,并且不会影响其面内拉伸刚度、面外平压刚度和横向剪切刚度。另外,蜂窝结构的泊松比特性可以分为三类:正、负、零,其中,正泊松比蜂窝结构在面外弯曲时表现出“马鞍效应”,即单方向向下弯曲时,其垂直方向会向上翘曲,如传统六边形蜂窝结构;负泊松比蜂窝结构则会表现出双曲率现象,即单方向向下弯曲时,其垂直方向也会随之向下弯曲,如内凹型六边形蜂窝结构;第三种零泊松比蜂窝结构则不会出现上述两种现象,能够很平顺地实现单向弯曲,而且不会对其垂直方向产生影响,相比较三种蜂窝结构来说,零泊松比蜂窝结构更具备应用于变弯度机翼的潜质。因而,本文所设计的蜂窝结构具备两个优势:一是解决了传统蜂窝结构在增大面外弯曲柔度时必然导致面内拉伸刚度、面外平压刚度和横向剪切刚度降低的缺陷;二是具有零泊松比特性。本文首先进行了新型零泊松比蜂窝结构的设计及其面内力学性能研究,,建立了面内拉伸模量和面内剪切模量的理论模型和有限元模型,采用熔融沉积3D打印技术制备了蜂窝结构试验件,通过单轴拉伸、45°斜轴拉伸试验分别验证了理论模型和有限元模型预测结果的准确性,并且单轴拉伸试验结果验证了蜂窝结构的零泊松比特性。通过理论模型和有限元模型对蜂窝结构的面内拉伸模量和面内剪切模量进行了参数化分析,得到了这两种力学性能随不同胞元几何参数的变化曲线。其次,本文在第三章进行了新型零泊松比蜂窝结构的面外弯曲力学性能研究,建立了等效弯曲模量的理论模型和有限元模型,通过三点弯试验和悬臂梁试验验证了两种模型预测结果的准确性。设计并实施了包括新型零泊松比蜂窝结构在内的六种不同构型蜂窝结构的三点弯对比试验,试验是在六种蜂窝结构具有相同的相对密度的前提下进行的,试验结果表明新型零泊松比蜂窝结构可以在相同相对密度的条件下实现最大的面外弯曲柔度。通过理论模型和有限元模型对蜂窝结构的等效弯曲模量进行了参数化分析。另外,作者将新型零泊松比蜂窝结构与形状记忆聚合物相结合设计并制作了一种特殊的混合蜂窝结构,实现了蜂窝结构变弯曲刚度特性,对这种特殊蜂窝结构的形状记忆效应和变刚度特性展开了研究。借助于3D打印技术、真空复模技术以及注塑成型工艺制备了蜂窝结构试验件,对其进行了三点弯试验、形状记忆回复试验以及电加热试验等研究,并将三点弯试验结果与蜂窝结构等效弯曲模量的理论模型进行了对比。为了使得新型零泊松比蜂窝结构在变弯度机翼中的应用既能满足飞行过程中气动压力和气动剪切力的要求,同时尽可能地降低自身重量,本文在第四章针对蜂窝结构的面外平压刚度和横向剪切刚度采用拓扑优化技术进行了轻量化设计,分别开展了单刚度和多刚度拓扑优化,建立了单刚度和多刚度拓扑优化数学模型。针对拓扑优化结果进行几何处理,得到了蜂窝结构轻量化设计,并对轻量化设计的面外平压刚度和横向剪切刚度进行验证,结果均满足初始设计约束条件。最后一章进行新型零泊松比蜂窝结构在变弯度机翼中的应用研究,解决了变弯度机翼中蒙皮、支撑结构和驱动器协调变形的问题,其中,蜂窝结构采用第四章中的多刚度拓扑优化设计结果。本章中,为了解决变弯度机翼蒙皮的问题,首先采用硅橡胶基体、氨纶编织和碳纤维杆增强相设计并制作了一种新型的零泊松比柔性蒙皮,可以实现单向拉伸超弹性变形,并且具备较高的抗撕裂性能;然后,为了解决变弯度机翼驱动器的问题,制作了气动肌纤维柔性驱动器,以便实现机翼的双向弯曲变形,对气动肌纤维驱动器分别进行了自由收缩试验和拉伸试验,测试其驱动性能;之后,将气动肌纤维驱动器和新型蜂窝结构相结合制作了一种驱动-承载-变形一体化设计的主动蜂窝结构,分别测试了其单向和双向弯曲变形性能;最后,将主动蜂窝结构和零泊松比柔性蒙皮以及固定形状的前缘段、后缘段组装得到变弯度机翼试验件,对其进行双向弯曲变形特性试验研究,并且采用风洞试验测试其变形前后的气动特性。