中央翼后梁复合材料与金属方案对比分析

复合材料作为一种优良的航空材料,具有比强度高、比刚度大、材料力学性能可设计等优点。金属材料由于成本不高,能够满足不同设计需求而被广泛应用,同时制造加工技术成熟。以某型飞机为例,详细分析和探讨了中央翼后梁采用复合材料和金属材料2 套方案,为中央翼后梁结构设计提供支持。     

民机复合材料油箱维护口盖研究

复合材料作为一种优良的航空材料,具有比强度高、比刚度大,材料力学性能可设计等优点。复合材料油箱结构因制造性和维护性要求需要开维护孔,需要安装合适的油箱口盖结构。通过中央翼复合材料油箱口盖设计并开展制造工艺研究,对民用飞机复合材料油箱口盖结构设计提供技术支持。     

CJ818中央翼盒复合材料结构设计及分析

中央翼盒是飞机主要的承力结构,承担着飞机起飞、巡航和着陆过程中机翼及机身传来的各种载荷。复合材料作为一种优良的航空材料,具有比强度高、比刚度大,材料力学性能可设计等优点;由于复合材料各向异性的特点,使其结构设计比金属结构更为复杂。对CJ818飞机的中央翼盒进行复合材料结构设计,强度校核后对复合材料结构设计进行优化。对比中央翼盒复合材料结构设计与金属结构设计,为我国大飞机中央翼盒结构设计做一些探索性的工作。     

基于NASTRAN的复合材料后梁稳定性优化设计与开口补强分析

结构失稳破坏在飞机静力试验中较为常见,结构稳定性破坏会导致全机结构的破坏。复合材料后梁开口后,对结构稳定性提出了更高的要求,因此必须在满足后梁静强度要求的基础上,对结构稳定性进行优化设计。应用理论计算和有限元软件Nastran对后梁结构稳定性进行了分析,对后梁结构立柱进行了布局优化设计和截面尺寸设计,最后对复合材料后梁开口结构进行了稳定性分析,为复合材料后梁详细设计提供了参数支持。     

CJ828中央翼盒复合材料结构设计

中央翼盒是飞机主要的承力结构,承担着飞机起飞、巡航和着陆过程中机翼及机身传来的各种载荷[1].复合材料作为一种优良的航空材料,具有比强度高、比刚度大、材料力学性能可设计等优点;由于复合材料各项异性的特点,使其结构设计比金属结构更为复杂.对CJ828飞机的中央翼盒进行复合材料结构设计,强度校核后对复合材料结构设计进行优化.对比中央翼盒复合材料结构设计与金属结构设计,为我国大飞机中央翼盒结构设计做一些探索性工作.     

CJ828水平尾翼中央翼结构设计与分析

对相关机型水平尾翼的中央翼布局方案进行了研究,建立了CJ828水平尾翼中央翼结构的CATIA模型,提出了W型前后梁中部连接的腹板结构,减少了腹板端部与前梁后梁的连接部位;采用了复合材料整体成形的加工工艺;并对CJ828水平尾翼中央翼后梁与后机身框铰接枢轴部分作了详细设计,提出了外轴与内轴并用的枢轴方案,提高了在民用飞机领域至关重要的安全可靠性;最后对CJ828水平尾翼中央翼结构简化模型进行了强度分析,得出水平尾翼中央翼与水平尾翼外翼连接处的应力较为集中,应当设计较强的连接接头.     

CJ828复合材料垂直安定面结构设计与分析

根据飞机设计手册,并参考相关机型,首先对CJ828垂直安定面的结构进行选型、选材,对垂直安定面采用全复合材料结构设计.然后,根据蒙皮、翼梁、长桁和翼肋的受力特点,初步确定了蒙皮、翼梁、长桁和翼肋的尺寸与铺层顺序.最后,基于PATRAN/NASTRAN有限元分析软件对垂直安定面在单发失效状态下的强度进行校核.分析发现:后梁受载比前梁严重,因此,后梁设计应比前梁强;翼根受载比翼梢严重,因此,根部翼肋应布置得较密.基于上述分析结果,对前梁和普通翼肋的尺寸和铺层顺序进行优化,并对优化后的模型进行强度校核.分析结果显示:拉伸应变、压缩应变和剪切应变都小于设计许用应变值(4 000με),因此,整个垂直安定面的强度满足要求,同时也达到了减轻结构重量的目的.     

复合材料中央翼上壁板结构设计

目前大部分文献关注于复合材料零件结构设计,但是复合材料零件在设计结构的同时也是材料设计,所以铺层的设计是复合材料零件关乎成败的细节设计。通过对某型民机复合材料中央翼上壁板的设计,详细阐述了复合材料零件的铺层优化设计过程,总结出了诸多有意义的实际工程应用经验。     

复合材料层合板的开口补强研究进展

复合材料在航空结构中的应用越来越广,在复合材料层合板上开口对其结构力学性能的影响需引起研究人员的重视。针对国内外近十年来的研究工作,系统地回顾了复合材料层合板的开口力学性能及补强设计方法的研究进展,从开口区域应力集中、开口层板稳定性研究、失效模式及补强方法等方面做了阐述;并对未来含有开口的复合材料结构设计的研究提出了一些建议。     

民机中央翼后梁油压载荷设计计算研究

以某型客机中央翼后梁结构为例,从输入条件、受力分析及计算方法分析等方面,阐述了后梁结构受油压冲击的工程初算过程。旨在为后续相关结构的工程初算提供思路和借鉴。     

新一代大型客机复合材料

 大量采用复合材料结构是新一代大型客机机体结构设计的突出特点,用量已达结构重量50%。复合材料结构不仅带来了明显的减重效益,而且带来了结构耐腐蚀、疲劳和维护等性能的改善提高。波音787飞机人性化设计的全复合材料机身使乘坐舒适性和便利性得到显著改善。民机复合材料结构技术重点研究解决了复合材料自然环境老化、大型翼面壁板整体成型、机身大开口区载荷重新分布和应力集中、地面维护装备冲击损伤、健康检测等关键技术问题,并且建立了以中模高强碳纤维/韧性环氧树脂复合材料热压罐成形工艺为主的大型客机复合材料结构材料体系。对复合材料机翼和机身结构的设计和工艺关键技术问题做了较为详尽的介绍。     

A compliant polymorphing wing for small UAVs

This paper presents the development of a novel compliant polymorphing wing capable of chord and camber morphing for small UAVs. The morphing wing can achieve up to 10% chord extension and ±20° camber changes. The design, modeling, sizing, manufacturing and mechanical testing of the wing are detailed. The polymorphing wing consists of one continuous front spar fixed to the fuselage and a rear spar on each side of the wing. Each rear spar can translate in the chordwise direction (chord morphing) and rotate around itself (camber morphing). A flexible elastomeric latex sheet is used as the skin to cover the wing and maintain its aerodynamic shape whilst allowing morphing. The loads from the skin are transferred to the spars using the compliant cellular ribs that support the flexible skin and facilitate morphing. Pre-tensioning is applied to the skin to minimize wrinkling when subject to aerodynamic and actuation loads. A rack and pinion actuation system, powered by stepper motors, is used for morphing. Aero-structural design, analysis and sizing are conducted. Performance comparison between the polymorphing wing and the baseline wing (non-morphing) shows that chord morphing improves aerodynamic efficiency at low angles of attack while camber morphing improves efficiency at high angles of attack.     

超薄翼型上液压系统布置的设计分析

超薄翼型飞机后梁空间狭小,无法为液压管路系统提供足够的空间。分别从液压系统泄漏、液压油介质的腐蚀性、穿燃油箱的密封性、对燃油箱温度的影响以及对液压能源系统本身的影响等设计问题进行分析,提出了将部分液压管路布置在燃油箱内的方案。试验证明此设计方案能满足系统要求和适航要求。     

飞机机翼-机身连接结构受力特性分析研究

机翼-机身连接结构作为飞机设计中最重要的一环,应当准确分析其受力特性,合理设计其连接结构。基于有限元计算结果对A、B两种机翼-机身连接结构形式进行受力特性研究,分析表明B结构的机翼后梁后梯形板(或A结构前三角板)分担了部分载荷,减轻了后梁站位加强框承受的载荷。B结构连接刚度相对柔性,减小了后梁处协调变形的影响。A结构设计了后三角板,通过后三角板将起落架部分机构与机身的连接,后三角板分担了部分起落架载荷,对于机身的内力均匀分布是有利的。     

复合材料机翼刚心轴线影响因素分析

采用有限元分析方法,确定复合材料机翼中刚心轴线的位置。建立一系列的复合材料机翼有限元模型,对影响刚心轴线位置的因素进行具体分析。结果表明,质量分布、展弦比和后掠角的变化对机翼刚心轴线位置有较大的影响,前后梁的位置、铺层形式、铺层比例和铺层顺序的变化对机翼刚心轴线位置的影响相对较小。本研究为复合材料机翼的设计提供一定的参考。     

Aeroelastic optimization of an aerobatic aircraft wing structure

This paper aims at presenting an investigation into a minimum weight optimal design and aeroelastic tailoring of an aerobatic aircraft wing structure. Firstly, analytical and FE models were created for the original metallic wing and an improved composite wing box structures. In order to validate the numerical models, predicted vibration parameters of the metallic wing box were compared with the experimental results. Comparison was also made for the predicted stress results between the metallic and the composite wing box structures of different dimensions and laminate layups. Secondly, based on a minimum weight composite wing box model of adequate strength the investigation was focused on the aeroelastic tailoring of the wing box by employing the gradient-based deterministic optimization method. The study demonstrates that in addition to a significant weight saving, up to 30% increase of flutter speed for the composite wing box can be achieved by optimizing the fibre orientations of the wing skin and spar web laminates. The optimized laminates are trimmed and reinforced to meet the manufacture and strength requirements with little compromise of flutter speed and a minor weight penalty.     

民用飞机翼身对接斜撑板结构分析

斜撑板结构可以充分发挥分散载荷和降低区域应力水平的作用。对不同机型的斜撑板结构的传力特性进行分析,总结斜撑板结构的设计要点。并以某机型选用斜撑板结构的设计为例,提出一种斜撑板结构的改进方案(斜撑板侧边和后梁框刚性连接、下边和对接带板充分连接),并与其他两种设计方案进行对比分析。结果表明:改进方案的斜撑板结构翼上区和舱上区的剪应力分别降低了19%和23%,后梁框的集中载荷降低了67%,结构效率更高、稳定性更好。     

十公斤级固定翼无人机全碳纤维机翼设计与应力分析

根据轻型固定翼无人机性能要求,设计了一款最大起飞结构质量为10 kg、质量轻、强度高、刚度高的固定翼无人机全碳纤维机翼;基于气动性能分析和结构几何设计,建立了机翼结构的三维模型;采用"封闭矩形截面缘条"盒式梁结构,增大了机翼的扭转刚度;建立了机翼结构有限元模型,采用最大应力强度准则,对机翼结构的强度、刚度、稳定性进行了校核。对蒙皮碳纤维铺层结构进行了优化。结果表明,结构应力集中区域位于翼梁根部螺栓孔区域,该区域应力水平决定了结构的初始强度;机翼大梁上缘条根部和附近的蒙皮易发生屈曲;优化后蒙皮减重121.6 g,占机翼初始结构质量的11.94%。     

M2飞机的复合材料机翼静强度载荷及试验研究

M2轻型运动飞机机翼结构采用复合材料,通过静力试验对其机翼强度进行验证,对发现机翼结构设计薄弱环节以及结构改型和发展具有重要意义。首先分析ASTMF2245-16机翼强度适航条款的要求;然后通过对M2飞机载荷包线、环境影响系数、限制载荷和极限载荷的研究,计算得到复合材料机翼载荷;最后进行机翼限制载荷静力试验、机翼极限载荷静力试验和机翼破坏载荷静力试验,并对试验结果进行分析。结果表明:M2飞机的极限载荷满足试验要求,复合材料机翼试验破坏载荷相对设计极限载荷的偏差为2%,M2飞机的复合材料机翼结构设计满足静强度设计要求。