大型飞机气动弹性设计关键技术

针对大型飞机的气动弹性设计特点,从工程型号研制的角度,梳理出了大型飞机设计中的气动弹性关键技术,包括翼面刚度指标设计技术、复杂结构动力学建模技术、跨声速颤振特性分析技术、气动伺服弹性稳定性分析技术、大展弦比动相似试验模型设计技术和飞机动态特性地面测试技术,并给出了相应的解决措施。     

气动弹性剪裁中的响应值敏度

进行了一种用解析方法求气动弹性剪裁中的结构响应值敏度的研究。推导了结构的气动弹性响应(位移,振动形态和频率,静气动弹性效率和发散,颤振 )对设计变量导数的封闭解析表达式。设计变量可包含复合材料结构的铺层方向角。广义气动力导数计及正交振动形态导数的影响。经实例验算,所求得的敏度,与差分法相比,数值上吻合得很好。此方法已成功地应用于 CAE倡导发展的结构优化设计程序系统。     

复合材料飞机动力学建模研究

在进行复合材料飞机气动弹性、动响应等分析时,需要进行飞机结构动力学建模.为此,基于经典层合板理论进行了复合材料刚度的等效计算,结合结构力学闭剖面理论分析了飞机剖面的弯曲、扭转刚度特性,并根据刚度分布建立了全复合材料飞机的动力学单梁模型.与地面共振试验结果的对比表明,复合材料飞机动力学单梁模型是有效的,且相对板壳模型更接近试验结果.建模方法对复合材料飞机结构设计具有指导意义.     

复合材料前掠翼的气动弹性优化

复合材料具有特殊的力学性能,拥有更多的可设计变量,可以在不增加质量的前提下进行满足静力、刚度、颤振、发散等要求的前掠机翼的设计。本文使用MSC.NASTRAN有限元分析程序,对前掠机翼进行了优化设计,通过对复合材料前掠机翼的气动弹性剪裁,有效降低了质量,提高了气动性能。     

大展弦比机翼非线性颤振分析与优化

<正>气动弹性问题一直以来都困扰着飞行器设计人员,现代飞机远没有摆脱气动弹性问题所带来的困扰,国内外研究结果表明,气动弹性优化设计能有效的改善机翼的气动弹性性能,进而提高飞机的整体性能,已成为现代飞机设计过程中必不可少的环节之一。随着先进的复合材料在飞机上得到广泛的应用,针对复合材料机翼的优化研究,得到了越来越多学者的关注。合理的优化可提高飞机发散速度甚至消除发散现象。在复合材料机翼的优化设计     

机身复合材料加筋板壳的稳定性及强度分析系统

随着先进复合材料在飞机主承力结构（如机身结构）中的大量应用,工程上迫切需要大型复合材料加筋板壳的快速建模打样计算、稳定性（刚度）和强度分析的理论和程序支持。基于稳定性理论,并综合复合材料任意加筋板壳有限单元和复合材料层合板壳失效理论等方面的成果,开发了一个机身复合材料加筋板壳结构的稳定性及强度分析程序(CSSAP)。该程序系统不仅可以进行复合材料（加筋）板壳的线性稳定性和强度分析,还可进行非线性稳定性和强度分析;可对较粗的网格划分,得到临界屈曲应变和后屈曲时的应力。通过一些算例与文献结果的对比,表明本程序系统能够满足工程上的精度要求。并且,通过对实际机身一个典型复合材料加筋板壳的计算,表明本程序系统也可用于飞机工程复杂结构的分析。     

跨音弯掠风扇转子叶片的气动弹性剪裁

跨音风扇进口级增压比的进一步提高,主要受两方面的制约,一是效率,二是气动弹性失稳。这两个因素与转子流场中的激波和激波诱导的大尺度分离紧密相关。激波结构又和转子叶片前缘空间曲线形状直接联系。因此,如何精心设计转子叶片前缘空间曲线形状来控制激波结构,就成了当代风扇气动力学的前沿,并导致风扇弯掠空气动力学概念的出现。在具体设计中,此问题可称之为气动与气动弹性综合剪裁。本文简述综合剪裁中的一个组成部分,即气动弹性剪裁问题,并对一个单级风扇转子叶片给出实例。     

用COMPASS进行复合材料前掠翼的气动弹性剪裁研究

利用复合材料各向异性特性和优化设计要求，开展结构气动弹性剪裁研究，是防止前掠翼发散的有效手段。用COMPASS对一前掠翼模型进行了气动弹性剪裁，探讨了不同结构型式和铺层方式对前掠翼结构气动特性影响的规律，得出了有用的结论。研究表明，COMPASS不仅可用于实际工程设计，也是进行结构剪裁研究的有效工具。     

发展我国航空复合材料应用的途径

 随着复合材料在航空、航天界使用历史的延续,它的优越性日益为人们所认识。复合材料比强度、比刚度高,耐疲劳性能好,具有可设计性,可以整体成形,从而可以减轻飞机重量,节省燃油消耗,提高飞机性能,延长飞机寿命,减少制造工时,降低维修费用。这不仅给航空界带来技术效益,也带来了经济效益,使复合材料在航空上的应用具有很大潜力。预期到九十年代,复合材料在军用飞机上的用量将占飞机结构重量的40～50％,在民用机和直升机上的用量将分别占60％和80％。     

大型复合材料结构实用优化设计技术研究

在分析某飞机平尾复合材料结构打样设计阶段的实用优化设计技术特点的基础上，应用ANSYS软件环境，深入挖掘开发了所提供的APDL命令集语言工具，实现了大型参数化结构有限元建模以及诸多复杂状态变量的近似计算，并应用于该结构的优化设计过程。这些技术的开发应用，增强了数值分析模型的通用性，提高了结构优化设计技术的实用性。优化设计结果表明，较初始经验设计重量减轻40％，主梁位置更加合理，并满足该平尾结构的气动弹性刚度性能。     

先进树脂基复合材料制造技术综述

树脂基复合材料以其比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的独特优点在飞机上得到了大量应用,可实现飞机结构相应减重25%～30%[1-2].     

复合材料大展弦比机翼动力学建模与颤振分析

新一代航空结构广泛采用复合材料，对复合材料机翼的气动弹性工程化建模和分析是飞机设计的重要任务。应用气动弹性分析理论和方法，对复合材料大展弦比机翼进行了结构有限元建模、模型修正、固有振动特性计算、部件发散与颤振工程分析。本文使用MSC／NASTRAN软件，在复合材料大展弦比机翼的初步静力分析模型基础上，依据结构图纸、相关试验结果反复修改得到合理的机翼结构动力学有限元模型，固有振动计算中采用动力减缩方法消除局部模态并提高计算精度，采用亚音速偶极子格网法求解非定常气动力，并对单独机翼进行了发散和颤振计算分析。     

考虑颤振和突风响应的飞机刚度设计方法

介绍了飞机气动弹性安全性指标——颤振和舒适性指标——突风响应;探讨了飞机飞行品质的舒适性概念;结合飞机工程设计,提出了考虑气动弹性安全性和舒适性的飞机刚度设计方法,给出了一个大展弦比、后掠机翼的刚度设计。算例结果表明,在满足颤振包线的前提下,采用该设计方法使得机翼刚度水平提高了28%,突风响应加速度减小了12.5%,舒适度提高了14.88%。说明在满足颤振安全要求的前提下,通过考虑舒适性的突风响应迭代计算,可以降低飞机突风响应加速度,从而提高飞机的乘坐舒适度。     

复合材料层间性能改善方法研究进展

纤维增强复合材料与传统金属材料相比,具有比强度大、比刚度大、可设计性强、抗疲劳、耐腐蚀等优点,已经广泛用于飞机、导弹、卫星等航天航空飞行器中.随着复合材料设计和制造技术发展成熟,先进复合材料在民用、军用飞机上的用量不断增大,发展到目前,新型飞机先进复合材料用量达到了50％左右.然而,其层间强度低和抗分层、抗冲击能力弱等问题随着其应用也逐渐暴露.     

复合材料结构数字化设计与工艺制造一体化技术研究及应用

复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强、抗疲劳损伤性能和耐腐蚀性良好、尺寸稳定性好、隐身性好、便于大面积整体成型、并可大大降低飞机机体结构重量、有效提高商用载荷等诸多优点,因此大批飞机零部件相继采用复合材料结构.     

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。     

操纵面操纵系统刚度设计研究

对现代飞机操纵面操纵系统刚度进行了分析,从满足气动弹性需求的角度给出了作动器动刚度和阻尼要求的确定方法。以某支线飞机升降舵操纵系统为例,给出了操纵系统刚度和阻尼要求;针对方向舵操纵面旋转频率过低问题,提出了方向舵作动器布置下移与实肋对接的更改建议。经分析,更改后的方向舵作动器布置能够满足气动弹性设计要求。     

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.     

某型通用飞机复合材料机翼结构的优化设计

正与金属材料相比,复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计和易于整体成形等许多优异特性,越来越多地应用到飞机结构上。理论分析表明,采用复合材料制造飞机主体结构可以使结构重量减轻20%~30%。结构重量的减轻导致所需的机翼面积减小、所需推力减小,从而使发动机重量减轻,进而提高发动机燃油使用效率、减低油耗。结构重量减轻30%,燃油消耗可以降低7%~15%,直接降低了运营成本。因此,研究复合材料机翼结构优化     

浅谈民用大飞机结构技术的发展

 在分析了世界上先进的大型民机发展和研究计划后,分析和总结了大型民用飞机结构技术发展的总体趋势。介绍了用于先进大型飞机中选材、结构设计、先进的制造技术、机构强度分析、防雷击技术的现状和趋势。结论是复合材料将代替金属结构,而金属结构的设计、制造也将随之发展,以解决采用复合材料带来的新挑战;先进的数字化结构设计和仿真正代替传统的图纸设计。相应的分析和仿真工具如CFD等将应用到数字化设计中,在新型飞机设计中,将大大减少试验并改善质量;一些新概念的结构将广泛应用到飞机结构中,如智能材料结构在机翼上的应用,以改善空气动力、飞机的气动弹性控制和结构的健康监控。