基于载荷共享理论的多传力路径耳片可靠性研究

飞机结构检查周期的制定需要保证结构在服役期间具有一定的可靠性，但多传力路径耳片结构中各层耳片的失效存在相关性，传统的并联系统可靠性分析方法已经不适用于该结构的可靠性分析。为解决这一问题，基于载荷共享并联系统提出了一种多传力路径耳片结构的可靠性建模方法。首先，基于载荷共享并联系统的基础理论和耳片设计准则，确定了多传力路径耳片结构的载荷共享原则和寿命等效原则；在此基础上，应用条件概率和全概率公式对任意三传力路径耳片结构进行可靠性建模，并应用于结构检查周期的校核；最后，以某型飞机的“铝-钛-铝”复合连接的耳片结构为例进行了应用分析，验证了方法的适用性和有效性。结果表明：相比传统的并联系统可靠性模型和基于对数正态分布模型的可靠性分析方法，所提方法能够很好地反映多层耳片间的相关失效，更符合多传力路径耳片结构的失效特性，从而为多传力路径耳片结构的可靠性分析提供了一种新的方法，可用于检查周期的校核和优化。     

民用飞机后机身与尾段在球面框处对接研究

民用飞机后机身与尾段的对接往往选择球面框(后压力隔框)位置,球面框是机身气密线的末端,该处的对接设计需要从传力、重量、成本、装配、维修、排水等多方面进行考虑,是民用飞机机体结构设计中非常重要的一个环节。针对民用飞机中后机身与尾段的连接特点,从传力等考虑要素入手,介绍了目前国际上典型机型的成熟方案,并进行方案优缺点分析、比较和总结,为我国民用飞机结构设计提供借鉴。     

民用飞机静定和超静定吊挂与机翼连接设计研究

随着科学技术的迅速发展，我国民机事业迎来了发展的黄金期。为研究常见大型民用翼吊飞机吊挂的特点，以某型民用飞机的动力装置和机翼布置为限制条件，研究两种构型对飞机吊挂和机翼的影响。通过研究发现，静定吊挂传力路径清晰且不因某一处破坏而发生传力路径改变；超静定吊挂传力为多路传力模式，在发生一处破损后，传力路径会发生变化，载荷重新分配。通过有限元计算界面内力发现，在吊挂与机翼界面，超静定吊挂内力水平相比静定吊挂界面内力较大，对机翼局部设计影响较大。通过对比两种构型连接方式的界面传力和内力分析，为我国大型民用翼吊飞机吊挂结构的设计和研发提供参考。     

机身框与长桁、蒙皮的连接形式研究

通过对飞机机身框与长桁、蒙皮连接的不同结构形式进行对比分析,从传力、疲劳耐久性、工艺性和结构重量等方面进行比较,得出各种连接形式的优缺点,为今后机身设计提供一定的依据和参考。     

考虑组件保形约束的多组件结构系统布局优化

提出了一种考虑组件保形要求的组件布局-结构拓扑的多组件结构系统布局优化设计方法。在传统的多组件结构系统布局优化设计基础上，定义了组件设备的弹性应变能函数并用其定量衡量组件设备的弹性变形程度，在多组件结构系统布局优化过程中，采用组件设备的弹性应变能函数作为其保形设计约束，以实现抑制承载组件变形的设计目的。解析了组件设备保形设计约束对结构拓扑及组件布局设计变量的灵敏度，研究了组件保形设计约束与结构系统整体刚度之间的消长关系，分析了组件保形约束对组件布局及支撑结构材料拓扑分布的影响，在考虑组件保形设计约束的挂架系统布局优化模型中引入了系统的质心位置约束并完成了其解析灵敏度求解。通过数值算例，实现了考虑组件保形、材料用量分数、质心位置约束的多组件结构系统布局优化设计。数值算例的计算结果表明，引入组件保形约束的多组件结构系统布局优化设计方法能够有效抑制传力路径上参与承载的组件设备的弹性变形，实现组件设备的保形设计。     

一种新型7台火箭发动机并联推力传递结构方案

针对中国新一代载人运载火箭第一级并联安装7台新型液氧煤油发动机的推力传递结构轻质化设计关键问题,提出了一种基于贮箱箱底与壳段结构联合传力的新型、高效率推力传递结构方案。结果表明:贮箱箱底与壳段联合传力方案推力传递效率较传统的壳体传力方案提升了30%;通过全尺寸结构样机制造及7台发动机推力载荷静力试验,验证了新型推力传递结构制造与承载的可行性。     

拦阻着舰环境下的拦阻索索力识别方法研究

拦阻索的安全性是舰载机在航母上安全着舰的关键因素之一.针对舰载机拦阻着舰过程,提出了一种通过舰载机着舰拦阻过程中机体加速度求解拦阻索张力的方法.首先,根据舰载机拦阻钩挂索后的受载情况,确定拦阻索载荷的传力路径,实现拦阻索索力的间接识别.然后,通过考虑拦阻索的弯折波特性,对索力识别方法进行了改进和优化.最后,采用多体动力...     

基于复合材料机翼刚度的铺层自由尺寸优化分析

复合材料层合板的优化设计对于提高飞机结构承载能力具有巨大的潜在意义,自由单元尺寸优化技术是对复杂的复合材料结构进行优化的有效方法。本文从复合材料机翼翼盒的翼尖刚度控制出发,对机翼壁板铺层进行了自由尺寸优化设计分析。研究表明：在给定的机翼翼尖变形约束下,自由单元尺寸优化方法能够快速准确地设计机翼翼盒的复合材料铺层比例和厚度,寻找到最优的主传力路径布置,以及获得最小重量目标。     

民用飞机机翼根部连接与柔性补偿设计

民用飞机机翼根部连接区是机翼和机身载荷交换平衡的关键部位,结构强度和耐久性、结构传载效率、装配协调要求、细节处理等设计要求很高。给出了民用飞机机翼根部连接设计的难点分析、传载特性分析、根肋布置方法及其特点分析、不同根部对接方案设计对比分析;提出了一种减缓结构装配应力的柔性补偿设计方法,并通过试验结果验证了相关柔性补偿设计方法的可行性;讨论了考虑复合材料承载特性的复材机翼结构根部对接考虑要点和设计建议。     

典型起落架的通用载荷谱分析及传载计算

为了对典型结构前起落架的一般受载、传载等情况进行研究,首先按照飞机地面操纵的不同阶段,分析起落架相应的多种工况,给出起落架载荷谱的分解模型及计算方法;然后建立通用前起落架的力学模型和载荷传递的数学模型,根据载荷谱上选取的受载严酷的工况点并结合一组具体可行的飞机参数,通过解析方法求解前起落架传力模型的节点载荷;最后通过载荷谱与传载数学模型相结合的方法,求解出起落架主承载点的极限载荷,该极限载荷可作为后期疲劳寿命评估的数据基础。本文的研究方法可为起落架的载荷谱求解、起落架承载性能分析等提供理论依据。     

基于工程师经验的结构优化设计研究

借鉴结构工程师的设计经验与直觉判断 ,在一定条件下 ,通过一次有限元分析给出结构的传力路线 ,并由此确定拓扑结构 ,利用MATLAB优化工具箱进行形状与尺寸的优化 ,以达到结构优化设计之目的。算例结果表明 :本文方法思路简单、力学概念明确、算法简洁有效 ,易于被结构工程设计人员所接受。     

基于拓扑优化的飞机垂尾设计

提出改变传统的机翼设计方式,引入拓扑优化的方法对飞机垂尾进行结构优化设计,根据设计要求对其进行模拟仿真,找出最佳传力路径,并根据该路径找出垂尾的最佳结构形式;同时在优化设计过程中,采用了形状优化等对其进行二次优化：对拓扑优化的结果进行完善,得到更合理的材料布局形式,意在将结果推广到三维的实际设计当中,并得到更广泛的应用。     

优化驱动的起落架结构设计方法

起落架结构是飞机上最复杂最重要的结构之一,传统的设计方法依靠人工经验反复迭代,没有充分利用结构优化技术,具有设计周期长且不能最大限度得到最优设计的缺点。根据结构优化技术的发展,提出了优化驱动的起落架结构设计方法,实现了优化驱动的设计方法在起落架领域的完整工程应用。结构优化技术作为整个设计流程的驱动者,在其中发挥贯穿全程的主体作用,根据不同设计阶段的需求,先后运用拓扑优化、尺寸优化和形状优化技术。以某型飞机前起落架外筒的设计为例可以发现,相比传统设计方法,新方法在相同的设计约束条件下,能更快得到设计方案,结构质量减少了24.1%,实现了起落架结构的快速设计和轻量化设计。     

优化设计技术在民机结构设计中的应用

基于HyperWorks结构优化设计软件,对某型民用飞机平尾后缘舱铰链支架进行优化设计,在给定的边界条件下通过拓扑优化技术寻找出在优化空间内的最体材料布局,介绍了优化设计技术在飞机结构设计技术中的应用,探讨拓扑优化、尺寸优化、形状优化在飞机结构件设计技术中的应用。     

一种面向飞机族的结构优化方法

 飞机族是一组共享通用部件或子系统的、但性能或使用要求不同的相关飞机产品的集合。针对通用模块化飞机族结构优化问题,提出一种基于代理模型的二级优化方法。该方法将结构优化分为两个层次：通用模块结构优化层次和专用模块结构优化层次。这种方法不但流程简单,且各层次的设计变量和约束较少,并且专用模块优化层次之间具有独立性,易于实现并行设计。以某支线客机族的机翼结构优化问题为例,首先阐述飞机族结构优化模型,然后应用本文提出的二级优化方法求解支线客机族的机翼结构优化问题。优化结果表明该方法能成功解决飞机族的结构优化设计问题,能同时优化飞机族中各型号的结构参数。     

飞机骨架结构方案的优化设计

为了能够有效地降低飞机结构承力件的重量,针对飞机骨架,以加强框和普通框以及翼梁的概念设计为研究内容,通过对“敏度阈值“概念的分析,指出其不足,提出了“改进的敏度阈值“概念,并与“约束补偿“策略结合而形成新的拓扑优化算法,用于上述结构件的材料布局优化设计.多个算例中的拓扑优化结果均显示其结构型式十分新颖,值得深入地探讨.由此可以得出3点结论:(1)采用CAD/CAE和拓扑优化相结合用于飞机结构件的初始方案设计是可行的;(2)作者提出的“改进的敏度阈值“拓扑优化算法是有效的;(3)构建一种具有良好操作性的、有别于经验设计的飞机结构件概念设计新方法.     

双三角翼布局歼击教练飞机的概念优化设计

双三角翼气动布局比三角翼飞机具有更好的大攻角空气动力特性。引入了评估教练机训练效能的作战分析法 ,研究了双三角机翼布局飞机空气动力特性的工程计算途径以及飞机性能指标的确定方法。以训练效能作为目标函数并选取机翼平面形状的几何参数为设计变量 ,采用多变量数值寻优方法 ,在战术技术指标及相关几何约束条件下 ,对某高级教练机的双三角机翼气动布局方案进行了优化选择。算例表明最优方案不仅比原准方案具有更高的训练效能 ,还改善了结构的受力情况 ,与工程实践吻合。     

基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成方法

框、梁、壁板、蒙皮等飞机关键零部件中包含大量型腔特征,其加工效率直接影响零件的整体加工效率。高速铣削机床的发展为此类零件的高效加工奠定了很好的硬件基础,也给型腔铣削刀具轨迹生成带来了新的问题。例如蒙皮镜像铣由于其特殊的设计,对刀具轨迹提出平滑无抬刀、步距变化严格控制在一定范围内等更严苛的要求,从而保证蒙皮高质量加工。结构件高速加工中为了保持刀具的高进给和高转速,也要求刀具轨迹平滑且步距平稳变化。然而现有的型腔铣削刀轨生成方法大多基于局部优化解决加工残余和刀轨不平滑问题,难以生成同时满足多工艺约束尤其是步距约束的刀具轨迹,无法完全发挥高速机床的性能。针对此问题,本文提出基于中轴变换的型腔高速铣削刀具轨迹生成及优化方法。该方法首先基于中轴变换提取型腔骨架线,并进一步修正从而生成刀轨偏置基准和初始刀轨。其次利用图像变形算法对初始刀轨进行迭代变形优化,使最终优化刀轨与目标型腔区域吻合,且满足高速加工的工艺约束条件。该方法在离散的图像域内从整体角度优化刀具轨迹,不仅保证轨迹平滑无抬刀,还能保证步距在容许范围内平稳变化。实验证明本文提出的方法在保证轨迹平滑和步距平稳变化等方面的有效性,能够满足高性能加工的要求。     

Structural mass prediction in conceptual design of blended-wing-body aircraft

The Blended-Wing-Body (BWB) is an unconventional configuration of aircraft and considered as a potential configuration for future commercial aircraft. One of the difficulties in conceptual design of a BWB aircraft is structural mass prediction due to its unique structural feature. This paper presents a structural mass prediction method for conceptual design of BWB aircraft using a structure analysis and optimization method combined with empirical calibrations. The total BWB structural mass is divided into the ideal load-carrying structural mass, non-ideal mass, and secondary structural mass. Structural finite element analysis and optimization are used to predict the ideal primary structural mass, while the non-ideal mass and secondary structural mass are estimated by empirical methods. A BWB commercial aircraft is used to demonstrate the procedure of the BWB structural mass prediction method. The predicted mass of structural components of the BWB aircraft is presented, and the ratios of the structural component mass to the Maximum TakeOff Mass (MTOM) are discussed. It is found that the ratio of the fuselage mass to the MTOM for the BWB aircraft is much higher than that for a conventional commercial aircraft, and the ratio of the wing mass to the MTOM for the BWB aircraft is slightly lower than that for a conventional aircraft.