综述：可变弯度机翼的综述：设计、关键技术及面临的挑战

《INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES》：Review of Variable Camber Wings: Design, Enabling Technologies, and Challenges

　　摘要
可变曲率机翼（Variable Camber Wings, VCWs）能够实现机翼曲率的连续调节。这一特性使飞机在各种飞行工况下都能保持较高的空气动力效率和操控性能。因此，VCWs已成为变形飞行器技术中的一个关键研究方向。近年来，柔性复合材料、智能材料、新型变形结构以及驱动技术的进步显著推动了VCWs的发展。机翼曲率变形已经从传统的离散变形逐渐发展为平滑且连续的形状变化，从而大幅提升了空气动力性能。本文系统地回顾了VCWs的技术演变过程，特别关注了三项关键技术：柔性蒙皮、变形结构及驱动系统。通过对代表性研究进行分类和对比评估，分析了它们的设计原理、性能特征及工程适用性。此外，还探讨了变形能力、承载能力、几何连续性、驱动要求、系统质量、能耗以及工程复杂度之间的权衡。除了组件层面的技术外，本文还讨论了系统集成挑战，包括技术兼容性、多物理场耦合、系统级权衡、形状感知与控制、工程缩放以及生命周期可靠性。文中还探讨了机械超材料、人工智能和机器学习以及数字孪生等技术如何在未来VCWs的发展中发挥作用。总体而言，本文总结了当前VCWs的技术进展，并为它们从概念验证到可靠、可维护且具备工程实用性的飞行器的转化提供了参考。

引言
过去一个世纪，科学和技术的迅速发展催生了多种类型的飞机，包括超音速战斗机、大型商用客机、无人机和航天飞机。这些发展使飞机实现了前所未有的飞行性能，并扩展了其运行范围。研究人员不断探索进一步提高空气动力效率、机动性和任务适应性的方法，同时追求更高的速度、更大的载荷能力和更佳的安全性。在自然界中，鸟类通过改变机翼形态实时调整飞行姿态，从而在最大化飞行效率的同时最小化能耗。受鸟类飞行的启发，研究人员致力于开发能够根据不同飞行条件主动调整机翼几何形状的飞机。在这一背景下，美国国家航空航天局（NASA）提出了未来变形飞机的长期概念愿景（见图1），该愿景旨在实现机翼曲率、翼展和后掠角的连续自适应调节，以满足多种飞行工况下的性能需求[1,2]。

基于上述背景和研究需求，本节系统介绍了变形飞行器技术。首先分析了飞机在不同飞行阶段对机翼变形的要求，随后回顾了变形飞行器的发展历史和主要分类，并讨论了平滑连续型VCWs的特性与研究意义。最后，介绍了文献搜索与筛选方法、文献计量分析、与以往相关综述的比较以及本文的研究范围与组织结构。

在不同飞行任务和操作条件下，飞机机翼的空气动力性能要求差异显著，这对机翼几何形状的自适应调节提出了更高要求。传统的固定配置机翼通常针对特定飞行条件进行优化，在整个飞行范围内难以同时满足多种性能目标。相比之下，变形飞行器可以通过调整关键几何参数在不同飞行阶段动态优化空气动力性能。本节分析了典型飞行条件下机翼的性能要求及相应的几何变化。

在飞行范围内，飞机通常经历起飞、爬升、巡航、机动、下降和着陆等多个飞行阶段，每个阶段都有不同的空气动力需求。变形飞行器能够根据任务目标和外部环境条件调整其几何形状，从而优化关键空气动力参数（如曲率、翼面积、后掠角和展弦比）。因此，机翼的空气动力配置可以持续调整，以适应每个飞行阶段的最佳状态[3],[4],[5]。

在起飞和爬升阶段，需要产生足够的升力以克服重力并实现安全上升，因此机翼通常需要较大的曲率、较高的迎角和较大的展弦比来缩短起飞距离并增强升力能力。在巡航阶段，飞机在高空和较高速度下飞行，主要目标是减小阻力并提高燃油效率，此时较小的曲率和迎角、较大的后掠角以及适度减少的展弦比更符合高速飞行的空气动力需求。在机动阶段，飞机需要具备高机动性以实现快速转弯、爬升或俯冲。通过调整机翼扭转、后掠角和曲率，可以主动调节升力和阻力，提升机动性。在下降和着陆阶段，飞机需要安全地降低速度和高度，这要求在低速飞行时产生足够的升力，因此较大的曲率、较高的迎角和较大的展弦比至关重要[6],[7],[8],[9]。图1展示了不同飞行阶段对应的机翼形状变化及VCWs的三个关键技术。

本文从历史演变和技术类型的角度系统回顾了变形飞行器的发展过程。首先追溯了自早期使用机翼变形技术以来的进展，重点介绍了各阶段的代表性方法和工程技术发展。在此基础上，对典型的变形飞行器配置进行了分类，并总结了它们在空气动力控制策略和结构实现方面的差异。莱特兄弟通过扭曲机翼实现了滚转控制，这是飞机设计中最早的应用变形原理的实例之一。此后，大量研究致力于机翼变形技术的发展。早期研究主要集中在概念验证和实验探索上，尚未实现成熟的工程应用。图2展示了机翼变形技术的发展历程。1920年，Parker等人[10]提出了一种VCW配置，并通过风洞测试将其空气动力性能与传统刚性机翼进行了比较，结果显示VCW在较宽的速度范围内保持了更高的升阻比，尤其是在低速飞行条件下具有显著的性能优势。

在传统飞机中，可变弦长通常通过襟翼和副翼等高升力装置实现。这些装置有效提升了起飞和着陆性能以及滚转机动性。早在1937年，Bakshaev等人[11]设计并制造了LIG-7可变弦长飞机，该飞机的主翼固定，外部机翼可伸缩地安装在翼根处，从而增加了总翼面积并提升了低速飞行时的升力。早期的可变翼展概念主要基于伸缩机构，美国和苏联的工程师进行了相关研究。1929年，Burnelli等人[12]为某次飞行比赛开发了GX-3实验飞机，该飞机融合了多项创新空气动力设计，包括升力体机身和可伸缩机翼，实现了出色的短距离起降性能。俄罗斯工程师Ivan Makhonin设计的MAK-10实验飞机于1931年首次飞行，采用了气动驱动的伸缩翼系统[13]，其固定翼展为13米，可扩展至21米，翼面积增加了57%，改善了低速和高速条件下的升阻比。后续的升级版本MAK-101和MAK-123分别于1935年和1947年进行了飞行测试。1938年，美国航空工程师Ellingston制造了Ellingston Special可变翼展飞机[14]，该飞机采用双矩形钢管作为伸缩结构，飞行员可通过手摇曲柄、缆绳和链条同步驱动外部机翼部分。然而，早期可变翼展飞机依赖复杂的机械传动系统，导致结构重量显著增加，往往抵消了空气动力优势。

二战后，随着喷气式飞机的快速发展，可变后掠翼技术得到了广泛应用[27]。德国梅塞施密特公司设计的Messerschmitt P.1101战斗机采用了可调节后掠角的机翼，但后掠角无法在飞行中改变，必须由地面人员手动调整。尽管存在这一局限性，该设计为后续的变形飞行器技术发展提供了重要启示[15]。1951年，美国贝尔飞机公司（Bell Aircraft Corporation）制造的Bell X-5成为第一款实现飞行中可变后掠角的飞机[16]，后掠角可在30秒内从20°连续调节至60°。首次投入大规模生产和使用的可变后掠角飞机是F-111[17]，该飞机在低速飞行时具有出色的升力特性，能够在较短的跑道上起飞和着陆。高速飞行时，后掠角有效减少了空气动力阻力，提升了跨音速和超音速性能，使飞机速度超过2马赫。F-111的可变后掠角设计不仅影响了该飞机本身，还对其后续设计产生了深远影响，包括MiG-23[28]、F-14战斗机[18]和B-1轰炸机[29]。

XF-91是首款能在飞行中调节整体机翼安装角的喷气式飞机，由纽约Republic Aircraft Corporation研制，1949年进行了首飞[30]。飞行中可以主动调节机翼安装角，起飞和着陆时采用较大的安装角，高速飞行时采用较小的安装角以减小阻力。机翼安装角的调节范围约为-2°至+5.6°。由于耐力有限、推进系统复杂且工程实用性不足，XF-91未投入批量生产。另一个可变安装角飞机的代表是1955年由纽约Chance Vought设计的Vought F-8U[31]，该飞机采用全动机翼设计，机翼可向后转动约7°。这种设计不仅提高了低速起飞和着陆性能，还在高迎角接近时保持了稳定的机身姿态，显著提升了前视视野，特别适用于舰载操作。

20世纪80年代初，美国空军、NASA和波音公司共同开展了AFTI/F-111项目，以验证“任务自适应翼”（Mission Adaptive Wing, MAW）概念[32],[33],[34]。试验机翼配备了两个前置叶片和六个后置叶片，由16个液压驱动单元和46个旋转执行器驱动[33]。这些叶片可向上移动约1°，向下移动18°–21°，驱动速率为10°/s至40°/s[33]。与Transonic Aircraft Technology (TACT)机翼相比，CL=0.4、Mach 0.85时阻力减少了7.6%；在CL=0.8、Mach 0.75时阻力减少了超过20%[32]。一个先行全尺寸试验组件的极限载荷为10,305磅，相当于承受7.33g的滚转拉力[34]。飞行安装需要增加11%的液压泵容量和大量的冗余机械与控制硬件[33]。尽管未报告具体的安装质量增加量，但这些需求表明了集成和重量负担的情况。额外的液压、机械和控制硬件引入了不可量化的重量增加，但多功能MAW概念期望通过集成高升力、滚转控制和减载功能部分抵消这一影响[34]。因此，MAW项目展示了显著的空气动力效益，同时也揭示了驱动复杂性、液压需求、重量、维护和可靠性之间的权衡。

20世纪80年代中期，美国空军、NASA和Rockwell International共同启动了Active Flexible Wing (AFW)项目，旨在利用分布式控制面和主动控制技术发挥机翼的空气弹性[35]。概念研究表明，先进战斗机配置的起飞总重量至少可减少15%[35]。风洞测试显示，在滚转机动过程中，对称颤振动态压力增加了23%，而翼尖的最大扭转力矩减少了50%以上[35]。这些研究后来为1996年启动的主动 Aeroelastic Wing (AAW) 飞行研究项目提供了依据，该项目使用了全尺寸的X-53 F/A-18试验平台[36]。改进后的机翼刚度降低了约5%-17%，而翼尖前缘襟翼的变形速率从15°/s增加到了45°/s[36]。在18种亚音速和超音速条件下进行的84次飞行中，高速滚转控制能力提高了30%[36]。无需差动稳定器输入，即可实现与传统F/A-18相当的滚转性能。在5g的过载下，机翼根部弯曲力矩也减少了约10%[36]。设计研究表明，起飞总重量可降低5%-20%[36]。变形飞机结构（MAS）项目于2003年启动[19, [20], [37]，旨在通过新型智能材料和智能结构概念实现大规模的机翼形状适应，并随后进行了飞行验证。该项目的核心目标是开发能够在飞行中根据任务要求自主调整几何形状的机翼系统。这种适应性预计可以提高空气动力效率和多任务性能。提出了多种变形概念，包括伸缩式机翼和可折叠机翼。这些设计改变了机翼形状、平面面积、后掠角和展长，使飞机能够在不同的飞行条件下保持良好的空气动力特性。然而，该项目也暴露出重大挑战，特别是变形机制和驱动系统的复杂性很高，以及结构重量显著增加。这些限制阻碍了此类技术的实际应用。

从2011年到2015年，欧盟开展了智能飞机结构（SARISTU）项目[21]。在5.5米的实验机翼部分安装了一个全尺寸的自适应后缘装置（ATED），并在风洞中进行了测试。该装置覆盖了大约60%的机翼展长，实现了±5°的弯度变化范围。数值分析预测空气动力效率提高了1.5%-3.5%，阻力减少了1-4个百分点。任务分析预测燃油消耗可减少0.17%-4.94%，尽管这些数值尚未通过飞行测试得到验证。所选执行器的重量each不到0.5公斤，但分布式的机械、驱动和传感系统增加了制造和集成复杂性[21]。与此同时，NASA和美国空军研究实验室（AFRL）进行了自适应 compliant 后缘（ACTE）项目[22]。在Gulfstream III飞机上安装了无缝 compliant 襟翼，并在-2°至30°的变形范围内进行了23次飞行测试。飞行的范围扩展到了马赫0.75和40,000英尺的高度。在30°的向下变形下，升力和俯仰力矩系数分别增加了约0.35和-0.075。这些结果证实了在实际飞行条件下合规后缘变形概念的有效性。

2017年，NASA与波音公司合作启动了展向自适应机翼（SAW）项目[38,39]。该项目旨在通过主动变形外侧机翼部分来提高空气动力性能和飞行控制特性。采用了形状记忆合金（SMA）执行器，使机翼尖端在飞行中能够进行大角度变形，从而在不依赖传统液压系统的情况下实现显著的方向控制。与强调整体配置变化的传统变形机翼概念不同，SAW概念专注于外侧机翼部分的局部变形。这种方法通过这些机翼部分的旋转来调整升力和力矩特性。其创新主要集中在执行器和机构层面，对整体飞机布局的影响最小。

2021年，空客公司启动了超高性能机翼（EHPW）项目[40]。该项目采用了变形技术和仿生设计概念，以进一步优化机翼的空气动力效率，使用改进后的飞机作为飞行测试平台。项目探索了几种先进概念，包括动态适应性机翼表面、多功能后缘和快速响应的变形扰流板。这些技术在改善不同飞行条件下的空气动力效率和减少排放方面展现出巨大潜力，为未来的低碳机翼设计奠定了关键技术基础。此外，空客公司还提出了下一代单通道（NGSA）项目[41]，目标是在2030年代末推出新型单通道飞机。根据2025年空客峰会发布的技术路线图，该项目旨在实现与当前平台相比燃油效率提高20%-30%。高性能自适应机翼被认为是实现这一目标的关键技术之一，其特征是具有自适应空气动力轮廓以增强效率和高展弦比以减少阻力。Cessna机身被选为飞行演示器，飞行测试计划安排在2026年第二季度进行。

总之，变形机翼已经发展出多种技术类别，包括可变弯度、可变弦长、可变展长和可变后掠角机翼。同时发展了多种实现方法，如机械机构、柔性结构、智能材料和主动控制。不同的变形方法针对不同的空气动力目标，在升力调节、飞行范围扩展、阻力减少和任务适应性方面提供了特定优势。然而，它们也受到结构重量、驱动要求、系统复杂性和可靠性的限制。因此，没有一种解决方案适用于所有飞机规模和任务要求。在这些方法中，平滑连续的可变弯度（VCWs）代表了一条有前景的技术路径。它们可以在保持空气动力表面连续性的同时连续调整翼型弯度，从而在多种飞行条件下改善空气动力性能，并减少噪音和燃油消耗。这些优势符合对更高效、低碳和适应性强的飞机的日益增长的需求，赋予了平滑连续VCWs重要的研究意义和工程应用潜力。与依赖离散控制面实现配置变化的传统变形机翼相比，平滑连续的VCWs消除了结构不连续性，实现了连续可调的机翼几何形状。这些特性为空气动力性能优化提供了显著优势。这种集成设计方法在多种飞行条件下提高了整体性能。本节重点介绍了平滑连续VCWs的关键特性，特别强调了它们在空气动力性能、噪音减少和燃油效率方面的优势和工程意义。尽管传统的VCW结构相对成熟，但它们的形状变化通常依赖于离散的控制面（例如襟翼）。在配置变化过程中，襟翼与主翼之间的几何不连续性是不可避免的。这些不连续性可能导致流动分离和边界层干扰，从而降低空气动力性能。相比之下，平滑连续的VCWs通过集成柔性皮肤和变形结构实现了无缝的表面变形。这种能力在空气动力效率、噪音减少和燃油效率方面提供了多重优势[42], [43], [44]。主要方面总结如下：

(1) 空气动力性能提升。Fielding等人[45]通过风洞测试实验验证了VCWs的显著空气动力优势。通过协调前后缘的变形，机翼表面保持了平滑连续的轮廓。这种连续的表面配置有效抑制了由传统机翼设计中的几何不连续性引起的流动分离和激波-边界层相互作用。此外，通过独立的展向多段弯度控制，VCW系统可以实现接近理想椭圆形轮廓的升力分布，从而消除了对额外副翼的需求。这不仅减少了滚转力矩，还减轻了机翼弯曲载荷。实验结果表明，非均匀的展向弯度分布有助于调整展向升力分布。这种分布的特点是在根部附近弯度较大，在翼尖附近弯度较低甚至为负值。在某些操作条件下，这种弯度调整可以减少诱导阻力，从而提高整体空气动力效率。这些结果定量证实了平滑连续的弯度变形可以避免与传统分段襟翼相关的空气动力损失。同时，它提供了三个主要的空气动力优势：提升升阻比、减轻结构载荷和缓解控制力矩。

(2) 起降过程中的噪音减少。NASA的风洞实验表明，无缝连续的后缘配置消除了传统襟翼的横向间隙和铰链线，这些是宽带高频噪音的主要来源[46]。此外，多段小幅度变形使得空气动力载荷的展向变化更加平滑，从而减弱了襟翼侧缘涡旋的形成和脱落。结果，飞机在起降过程中的整体噪音强度显著降低。

(3) 燃油消耗减少。Liu等人[47]提出了一种分段可变弯度襟翼概念，以减轻涡轮螺旋桨飞机中螺旋桨尾流效应引起的额外诱导阻力。通过施加小的连续弯度变形，可以优化沿机翼的环流分布，使其接近椭圆形轮廓。在设计巡航条件下，这种方法使阻力减少了大约0.5%，相应地燃油消耗减少了约0.4%。此外，在实际操作条件下的飞行测试进一步验证了空气动力效率的提高，为低成本和环保的涡轮螺旋桨飞机提供了实用的节能解决方案。

基于前面的讨论，本节首先介绍了本综述采用的文献搜索和筛选方法，然后对变形机翼的研究领域和发展趋势进行了文献计量分析。接着比较了代表性以往的综述，以明确本综述的范围和贡献。最后，概述了综述的范围和组织结构，特别强调了平滑连续VCWs的关键使能技术和系统级工程挑战。采用结构化的文献搜索和筛选程序以提高本综述的透明度和可重复性。首先检索了关于变形机翼的广泛文献进行了文献计量分析。然后通过相关性筛选和引用跟踪，确定了与VCWs及其关键使能技术直接相关的出版物。从1990年到2025年发表的文献记录通过Web of Science平台的All Databases搜索范围和“变形机翼”主题查询进行检索。未对文档类型进行限制，以捕捉该领域的更广泛发展，包括期刊文章、会议记录、论文、专利和其他文档类型。这个数据集用于图3中显示的所有文献计量分析，并使用VOSviewer生成了关键词共现网络。

通过筛选标题、摘要、关键词以及在必要时阅读全文来识别与VCWs相关的研究。补充搜索使用了包括“可变弯度机翼”、“变形后缘”、“自适应后缘”、“连续弯度变形”、“柔性皮肤”、“变形结构”、“合规结构”、“格栅结构”、“驱动系统”、“形状记忆材料”和“压电材料”等术语。如果研究直接涉及VCWs、变形后缘、柔性皮肤、变形结构、驱动系统或代表性工程应用，则将其包括在内。排除与VCWs无关的研究、缺乏足够技术信息的研究或重复更完整出版物的研究。因此，最终的文献集合主要来自广泛的变形机翼数据集，并通过针对性的搜索和引用跟踪进行了补充。选定的出版物根据VCWs的历史发展和本文中回顾的三种使能技术（柔性皮肤、变形结构和驱动系统）进行了组织。

在过去几十年中，变形机翼已成为航空航天领域一个日益活跃的研究课题。相关研究涉及多个学科，包括空气动力设计、结构力学、仿生学和飞行控制。根据第1.4.1节描述的数据集和程序，进行了文献计量分析，以确定该领域的主要研究主题、发展趋势、地理贡献、研究领域、出版来源和文档类型。图3(a)展示了使用VOSviewer生成的关键词共现网络。在这个网络中，节点大小表示关键词的出现频率，节点颜色表示集群成员身份，链接厚度表示共现强度，节点之间的距离越近表示主题关系越紧密。“变形机翼”位于网络中心，并与“变形飞机”、“智能材料”、“变形结构”、“空气动力性能”、“风洞测试”和“执行器”等关键词紧密相连。这些相互连接表明变形机翼研究整合了结构设计、材料开发、驱动、空气动力分析和实验验证。

自1990年以来，每年发表的论文和引用数量显著增加，如图3(b)所示，表明研究活动和学术关注持续增长。在插图中显示的五个主要贡献国家或地区中，中国和美国的标准化相对份额最大，其次是英国、加拿大和日本。图3(c)展示了五个主要研究领域的标准化相对份额。工程学占据了最大的份额，而动物学、物理学、昆虫学以及环境科学与生态学也做出了显著的贡献。动物学和昆虫学的存在反映了仿生概念（包括受鸟类和昆虫启发的变形机制）在变形翼技术发展中的重要作用。图3中的百分比是在每个面板显示的五个类别内标准化的，因此代表的是它们之间的相对构成，而不是在整个数据集中的份额。

关于学术传播，图3(d)展示了从检索到的出版源中选出的十种与航空航天相关的期刊，并根据出版数量进行了排名。在选定的期刊中，《Aerospace Science and Technology》的出版数量最多，其次是《Aerospace》、《Chinese Journal of Aeronautics》、《Smart Materials and Structures》和《AIAA Journal》。这些专注于航空航天工程、智能结构、复合材料和仿生学的期刊的纳入进一步反映了变形翼研究的跨学科性质。

图3(e)展示了五种主要文档类型的标准化相对份额。文章是最大的类别，其次是会议记录、其他文档类型、学位论文和专利。与图3类似，这些百分比也是在显示的五种文档类型内标准化的。尽管专利的数量少于学术出版物，但其存在表明人们对变形翼技术的工程实现和实际应用仍保持着持续的兴趣。

总体而言，文献计量学结果显示，变形翼研究正在经历持续扩展和日益多样化。研究活动已经从早期的概念性和仿生学调查发展到涉及材料、结构、驱动、空气动力学、传感和实验验证的多学科整合。这些趋势也表明从概念验证逐步转向系统集成和工程应用。

现有的综述从多个角度总结了这一领域的进展，包括整体变形飞机技术、代表性工程项目、柔性蒙皮、智能驱动和机械超材料、智能材料和结构、设计与控制以及空气动力学和空气弹性[11,21,[23],[48],[49], [50],[51], [52],[53], [54]]。这些研究为理解变形飞机的技术发展、工作原理和工程应用提供了重要的基础。鉴于相关综述的数量众多，本研究并不试图全面调查所有已发表的综述文章，而是选择了与平滑连续变弯翼（VCWs）及其关键使能技术密切相关的代表性综述，并反映了该领域的主要研究视角。

表1将选定的代表性综述与本综述在研究范围、主要关注点、主要贡献和相对于本研究目标的局限性方面进行了比较。这种比较旨在明确不同综述的研究边界和区别特征，而不是简单地评估以往工作的价值。

如表1所示，现有的综述对变形飞机的整体发展及若干关键技术提供了相对全面的讨论。然而，专门针对平滑连续变弯翼并在统一框架下系统比较柔性蒙皮、变形结构和驱动系统的研究仍然相对有限。特别是，组件级技术与系统级工程实现之间的关系尚未得到足够专注和系统的探讨。相关问题包括不同技术方法之间的兼容性和协同设计、多物理场耦合、系统级性能权衡、形状感知和闭环控制、工程规模扩展以及生命周期可靠性。

为了填补这些研究空白，本综述建立了一个从关键使能技术分析延伸到VCWs系统集成和工程实现的框架。除了系统地回顾柔性蒙皮、变形结构和驱动系统外，还进一步探讨了它们之间的相互作用及其相关的系统集成问题。此外，还讨论了包括机械超材料、人工智能和机器学习以及数字孪生在内的跨学科技术在VCW设计、优化、控制和生命周期管理中的潜在应用。因此，本综述旨在为技术选择、系统级协同设计和平滑连续变弯翼的工程开发提供较为全面的参考。

基于上述筛选的文献和文献计量学分析，本综述重点关注平滑连续变弯翼的关键使能技术和系统级工程实现。特别关注柔性蒙皮、变形结构及其集成。文章的组织结构如下：

第2节追溯了VCWs的历史发展，并总结了实现平滑连续弯度变化所需的基本技术要素，包括柔性蒙皮、变形结构和驱动系统。

第3节将柔性蒙皮分为六类：柔性矩阵纤维增强复合材料蒙皮、压力伸缩管基蒙皮、波纹结构基蒙皮、蜂窝结构基蒙皮、机械机构基蒙皮和智能材料基蒙皮。此外，还讨论了每类蒙皮的研究进展和应用特点。

第4节将变形结构分为四种类型：铰链分段变形结构、柔顺变形结构、仿生变形结构和晶格基变形结构。系统分析了每种结构类型在VCWs中的设计原理、应用现状以及优缺点。

第5节全面回顾了VCWs的驱动系统，涵盖了三种主要类型的液压和气动驱动、机电驱动以及智能材料驱动。分析了不同驱动策略的技术特性、典型应用及其相关挑战。

第6节探讨了与三种关键使能技术及其向系统级集成过渡相关的挑战。进一步分析了兼容性和协同设计、多物理场耦合和系统级权衡、形状感知与控制、工程规模扩展以及生命周期可靠性。还讨论了涉及机械超材料、人工智能和机器学习以及基于数字孪生的生命周期管理的新兴方向。

最后，第7节总结了本综述的主要结论。

总体而言，本综述建立了一个将组件级关键使能技术与系统级实现联系起来的框架，旨在支持技术选择、协同设计和高性能平滑连续变弯翼的工程开发。

为了系统地理解平滑连续变弯翼的发展和实现，有必要考察它们的技术演变及其背后的使能技术。一方面，VCWs已经从机械驱动的概念发展为柔性连续结构，最近又发展到智能材料驱动系统。这一演变反映了结构设计和驱动策略的进步。另一方面，它们的实际应用...

在VCWs中，柔性蒙皮必须同时满足承载负荷和变形的要求。一方面，足够的垂直于平面刚度是维持空气动力学轮廓和有效传递空气动力负荷所必需的。另一方面，适当的平面内和平面外变形能力对于实现平滑连续的形状变化至关重要，从而克服了传统刚性蒙皮的变形限制。先前的研究[2,95,96]已经证明了这一点。

变形结构是实现VCWs配置适应性的关键，也是主要的承重部件。本节重点介绍了VCWs中变形结构的典型设计概念和实现方法，强调了不同结构类型在承载能力、变形特性和空气动力学适应性方面的差异。

在外部驱动或空气动力负荷下，变形结构能够实现连续且可控的翼部变形，其性能直接影响响应速度、变形幅度、控制精度、能耗和整体应用范围。在运行过程中，驱动系统必须与变形结构和柔性蒙皮协调工作，以高效地将外部能量转化为结构变形，同时在空气动力负荷下保持稳定可靠的控制。

VCWs的关键使能技术和系统集成的挑战与未来展望

VCWs的关键使能技术在过去几十年中取得了显著进步，但其工程应用仍受到个别技术局限性和系统集成相关挑战的限制。本节首先总结了柔性蒙皮、变形结构和驱动系统面临的主要挑战，然后提供了这三项使能技术之间相互作用的系统级分析。

VCWs提供了一种重要的技术方法，使飞机能够根据任务要求和飞行条件主动调整其空气动力学形状，从而在多种操作模式下提升空气动力性能。以平滑连续弯度变化为目标，柔性蒙皮、变形结构和驱动系统方面取得了实质性进展。

作者贡献声明

白江波：撰写——审稿与编辑、指导、资金获取、概念化。李少林：撰写——初稿、形式分析。刘天伟：撰写——审稿与编辑、指导、资金获取、概念化。程思武伟：撰写——审稿与编辑。李家乐：撰写——审稿与编辑。尼古拉斯·范图齐：撰写——审稿与编辑。保罗·M·韦弗：撰写——审稿与编辑。

北京航空航天大学交通科学与工程学院，中华人民共和国北京市100191