飞机翼面结构概念设计方法研究

旨在探讨新一代飞机翼面结构概念设计方法,并提供一种基于现代集成设计技术的、具有良好操作性的、用于飞机结构方案论证的新方法,本文采用模块化策略和三种手段相结合的思想作为技术途径,体现为将CAD、CAE和结构拓扑优化组合使用,以UG作为几何造型CAD平台,以AN-SYS作为CAE建模平台,利用作者提出的敏度阀值概念和约束补偿措施构造出一种拓扑优化新算法。以实际飞机型号作算例,结合“功能构件”与“非功能构件”概念,使得优化结果与真实的结构布局形式具有很好的一致性,这既验证了本文所建优化模型的合理性,又考核了该优化算法的有效性,也说明了文中提出的“概念设计方法”具有一定的实用性。从该方法的良好操作性可以预示出它对未来飞机翼面结构设计会具有较好的指导作用。     

面向设计的飞机翼面结构有限元自动建模技术

提出一种新的飞机翼面结构分析和优化的建模技术。引入“构件属性”的概念，利用“网状”数据结构来实施管理，并将图形用户界面（GUI）技术与CAD中的基本绘图功能相结合，从而形成具有领域特色的新一代快速和在一定条件下的自动建模系统。建模举例表明：此系统操作简单、使用方便、遵循结构分析与优化建模的专业做法。     

改进升力线理论和风洞试验结合的气动弹性修正方法

为了考虑具有大展弦比、弹性翼面结构的飞机翼面结构弹性变形对气动载荷分布的影响。介绍了一种基于亚声速稳态定常流改进升力线理论与风洞试验相结合的大展弦比亚声速飞机的弹性翼面气动力分布载荷修正方法,本方法在飞机翼面载荷设计中,考虑了弹性变形的影响,满足了飞机设计规范中对结构载荷设计的条款要求,对静强度和疲劳设计都有直接影响,对刚度设计和气动力设计优化有重要的反馈评估作用。     

基于结构优化的大展弦比机翼质量估算

针对没有可供借鉴的质量评估经验公式来用于新式布局飞机研制的现状,为能够给出比较可信的结构质量估算,用于总体设计阶段飞机翼面结构质量指标分配,不仅对研制新机的概念设计与方案论证是十分重要的,也是必不可少的。本文开展了基于“变满应力”优化策略与有限元技术相结合的飞机翼面结构质量估算方法研究,并把这一求解过程搭建在具有自主知识产权的飞机多学科设计平台软件上。以具有大展弦比特征的“环球飞行者”外翼为例,进行结构质量估算表明:本文方法不仅可以获得用于总体设计阶段可信的质量结果,同时,其中的部件尺寸、应力和位移数据还能为结构与强度专业人员提供一定的参考意见。最后,得出4点结论。     

基于满应力优化与有限元分析的机翼结构重量估算法

针对没有可供借鉴的重量评估经验公式来用于新式布局飞机研制的现状,为能够给出比较可信的结构重量估算,用于总体设计阶段飞机翼面结构重量指标分配,不仅对研制新机的概念设计与方案论证是十分重要的,也是必不可少的.本文开展了基于"变满应力"优化策略与有限元技术相结合的飞机翼面结构重量估算方法研究,并把这一求解过程搭建在具有自主知识产权的飞机多学科设计平台软件上.以具有大展弦比特征的"环球飞行者"外翼为例进行结构重量估算表明本文方法不仅可以获得用于总体设计阶段可信的重量结果,同时其中的部件尺寸、应力和位移数据还能为结构与强度专业人员提供一定的参考意见.最后,得出四点结论.     

联接翼气动／结构协同优化设计

联接翼是一种将前翼和后翼连接在一起的飞行器布局形式。针对联接翼气动／结构一体化的布局概念，通过结构有限元参数化建模、结构优化、试验设计和响应面模型技术，采用基于响应面的协同优化算法对其进行了气动与结构一体化设计，所获计算结果对大展弦比联接翼飞机构型初步设计具有参考价值。     

复合专用量具的研制及误差分析

针对飞机翼面后缘楔形结构的特点,在装配铆接时,必须根据准确的楔形角度和钉孔夹层厚度测量,选择合适的铆钉长度来实现双面埋头铆接的要求。针对楔形角度和钉孔夹层厚度实现一次性完成测量的要求,设计了一种复合专用量具。通过对量具的结构设计和可能产生的误差进行分析,完全能满足飞机翼面后缘楔形结构的测量要求。     

考虑复合材料蒙皮稳定性的飞机翼面结构布局优化设计

 复合材料蒙皮稳定性是飞机翼面结构设计需要考虑的重要方面。由于翼面结构稳定性理论分析的复杂性,工程中,通常采用与理论分析相比拟的简化方法、使用简便可靠的经验公式在设计过程中进行稳定性校核。多墙式结构是当前翼面结构中普遍采用的结构形式,墙的布局和蒙皮的厚度对复合材料蒙皮的临界屈曲载荷有着重要影响。因此,针对多墙式翼面结构,以工程经验公式为基础,以蒙皮单位长度上的的重量为优化目标,以墙的布局参数和蒙皮厚度为设计变量,以临界失稳载荷为约束,建立了一种考虑复合材料蒙皮稳定性的翼面结构布局优化问题的数学模型,导出了目标函数敏度计算的解析式,并提出了优化问题的求解方法。以翼盒结构为例,验证了该方法的有效性。     

改进升力线理论和风洞试验结合的气动弹性修正方法

本文介绍了一种基于亚音速稳态定常流改进升力线理论与风洞试验相结合的大展弦比亚音速飞机的弹性翼面气动力分布载荷修正方法,设计目的是为了考虑具有大展弦比、弹性翼面结构的飞机翼面结构弹性变形对气动载荷分布的影响。     

太阳能飞机翼肋结构拓扑优化设计

太阳能飞机翼肋结构轻薄且数量众多,其结构形式的合理性对于结构减重、机翼刚度设计等具有重要意义。基于现有太阳能飞机翼肋的结构形式,提出一种翼肋拓扑优化设计方法:首先,应用双向渐进结构优化法(BESO),以单元应力为判断指标,对太阳能飞机典型翼肋进行结构拓扑优化;其次,基于拓扑优化结果对翼肋进行结构细节设计;最后,通过有限元计算,验证翼肋的结构强度、刚度和静稳定性。通过本文方法,能够得到太阳能飞机翼肋更为合理的结构布局。     

大展弦比联接翼气动/结构一体化设计

联接翼是一种将前翼和后翼连接在一起的飞行器创新布局形式。本文针对联接翼气动与结构一体化的布局概念,基于结构有限元参数化建模、结构优化、试验设计和响应面模型,采用系统级优化算法对其进行了初步的气动/结构一体化设计,所获计算结果对联接翼飞机总体参数的确定具有参考价值。     

无人机大展弦比直机翼单双机身布局对结构刚度的影响

为了探讨单、双机身布局下的大展弦比直机冀之间的结构刚度问题以及双机身大展弦比直机翼布局中基于翼面弯曲刚度下机身与机翼的最佳布置问题，采用工程梁方法对这一问题进行简化与建模。理论分析与数值优化结果表明：就结构刚度而言，双机身布局优于单机身布局；针对双机身布局，通过优化给出了机身与机翼之间的相对位置，在此工作的基础上，研究了冀面扭转刚度，并由此得出：就结构的弯曲和扭转刚度而言，双机身布局具有一定的优势。     

飞机翼面类结构质量分布自动算法研究

 提出了一种飞机翼面类结构质量分布计算模型及其在计算机上实现的自动算法，编制了相应的计算机软件，通过对Y-8C型飞机的实例计算验证了该方法的有效性和准确性。     

壁板外形曲面展开及其在展开建模中的应用

在飞机制造领域，飞机翼面大多为不可展曲面，所以无法对翼面进行精确的展开，只能通过某种算法近似得到其展开面。本文采用纯数学的曲面展开方法，展开过程中不考虑材料的力学性能，只对曲面进行几何分析，从而计算出其展开平面。本文介绍了曲面的展开方法，并利用CATIA软件的功能，以Visual C＋＋为平台，编写了曲面展开程序，并举例说明曲面展开程序在壁板展开建模中的应用。     

无人机单、双尾撑布局的结构效率研究

为了探讨在总体设计中单、双尾撑布局无人机的结构效率,本文采用工程梁方法对这一设计问题进行简化与建模,作为无人机设计时对结构因素的考虑。理论推导与实际算例结果均表明,双尾撑布局比单尾撑布局具有更高的结构效率,因而从结构刚度上能够解释很多无人机采用双尾撑布局的理由。最后,作者给出了3点结论。     

飞翼布局舵面连接的气动弹性建模与计算

以一种高机动飞翼布局为背景,建立全机的三维有限元模型,模拟飞机的真实结构,并与空气动力模型耦合插值,进行气动弹性的仿真分析。针对此翼面上有升降舵的多舵面布局,建立了俯仰运动下不同于翼面上只有副翼的动力学模型。主要研究了在舵面连接的局部建模中,因连接方式不同导致舵面支撑刚度和操纵刚度的不一致而对舵面操纵效率造成的影响。根据舵面悬挂点与摇臂操纵形式的不同,提出了四种连接方式的局部模型。通过相应的四个模型在同一飞行状态下的仿真计算与结果分析,总结出了舵面连接方式建模的变化规律,得出的结论为类似飞机的舵面连接及结构设计提供了参考。     

飞翼布局特殊舵面建模与颤振分析研究

以多舵面组合下的无尾飞翼布局为基础,建立全机的结构动力学有限元模型,进行固有模态分析。对颤振计算方法进行改进,分析了多舵面下的颤振和振动特性,研究了在机身后缘机翼外侧的副翼改成对开式双舵面后无尾飞翼布局的颤振和振动特性,提出了一种建模和计算的方法。     

类ATLLAS-M6运输机气动布局分析与设计

根据德国宇航中心设计的ATLLAS-M6运输机的气动布局特点,利用基于类型函数和形状函数的CST方法对其进行了参数化建模,并初步计算分析了该外形的主要气动特性,包括配平特性、静/动稳定性以及控制面的控制效率等。研究结果表明,类ATLLAS-M6的气动性能基本满足高超声速运输机的设计要求,其气动布局方案是可以借鉴的。在此基础上,将进一步考虑运输机结构重量、热防护性能等对布局的约束,对其外形进行多学科优化设计。     

翼下发动机吊架及其与机翼连接结构研究

大型飞机项目被列为我国未来二十年国家中长期发展项目之一,发动机与机翼的连接是大型客机设计中的关键技术。综述了国内外大型飞机翼下发动机吊架的结构形式及其与机翼的连接方式,分析了吊架的结构特点和传力路径。针对客机的设计特点,对吊架设计的关键技术进行了分析,力图为大型客机翼下发动机吊架设计提供参考。     

舵面结构参数化建模方法及气动弹性应用

以典型舵面为对象研究适用于飞行器部件的结构参数化建模方法及应用。首先,提出一种基于有限元方法,及映射变换法则的,由二维网格参数化剖分向三维外形展开的,参数化描述思路,通过Matlab编程实现其流程算法;然后,将舵面参数化建模,与结构动力学及颤振分析相结合,分别将结构模型、气动网格和插值结点做参数化描述,进而实现舵面颤振分析模型的参数化;最终,将参数化建模方法,与遗传算法优化流程相结合,实现舵面外形及结构参数的优化设计。以某全动尾翼模型为例,应用文中方法极大提高了结构建模效率;与遗传算法相结合,在满足约束条件的前提下,实现了该舵面初始方案47%的结构减重效果。研究成果可为概念设计阶段的舵面设计提供指导。