民用客机旅客登机门铰链臂结构设计研究

登机门的重量通过铰链臂传递给门框结构。由于铰链臂通常安装在门一侧,使得登机门重心总是远离铰链臂,在登机门开关过程中,铰链臂需承受较大的附加弯矩和扭矩。过大的铰链臂变形将会引起门与门框间的磕碰或过大的摩擦,从而降低门的可操作性。设计铰链臂时,不仅要考虑强度和刚度问题,同时必须综合考虑结构选材、重量、制造工艺及成本。合理的铰链臂设计,可大大提高登机门的使用性能。     

民用飞机复合材料舱门优化设计

复合材料因其具有比刚度大、比强度高、可设计性强等特点而被广泛应用到民用飞机结构上。针对宽体复合材料舱门设计方案,建立有限元模型进行初步分析,然后以刚度设计要求和强度设计要求为约束条件,对复合材料舱门结构的铺层比例进行了优化,达到了复合材料舱门的减重目的。优化后复合材料舱门的重量降低了10%以上,并且满足所有刚度和强度设计要求。本文所做研究为复合材料气密舱门减重提供了一种有效的方法,并且为类似结构的设计提出了参考建议,在工程上具有一定的指导意义。     

基于线性间隙单元的民机舱门破损安全分析

现代民用飞机的登机门、应急门等舱门多采用半堵塞式方案,这类舱门的部分结构,如导向轴、止动块等,大于门框的净开口尺寸。在承受正压载荷时,舱门止动块和门框止动块接触,同时导向轴和导向槽需要保持足够的间隙以保证增压载荷全部通过止动块传递至机身。在破损安全工况中,当某一止动块破损时,舱门变形可能导致导向轴和导向槽接触从而将一部分载荷传递至机身,显然这取决于二者之间的间隙大小。传统的破损安全分析中多忽略导向轴和导向槽之间的间隙,认为止动块破损后相邻的导向轴一定会承担一部分增压载荷。以某型飞机的半堵塞式登机门为研究对象,使用MSC/NASTRAN的线性间隙单元模拟导向轴和导向槽的初始间隙,对破损安全工况下登机门的受力情况进行分析,结合未考虑初始间隙的分析结果进行讨论,对比结果说明了线性间隙单元在民用飞机破损安全工况分析中的作用,进一步揭示了设计间隙对于载荷分配的影响规律,从强度角度给出舱门关键传力部件的设计依据。     

大型民用飞机APU舱门铰链接头优化设计

以大型民用飞机APU舱门鹅颈铰链接头为研究对象,以质量为优化目标,以强度和刚度为优化约束,对鹅颈铰链接头进行初步结构优化设计,并采用CATIA软件进行三维重构,采用Patran和Nastran软件对优化后的鹅颈铰链接头进行强度校核,得出点阵拓扑轻量化构型鹅颈铰链接头。点阵拓扑轻量化构型鹅颈铰链接头在强度满足设计要求的前提下,其质量相比原始构型减少52.4%。采用SLM(激光选区熔化)增材制造技术,对点阵拓扑轻量化构型的鹅颈铰链接头进行增材制造,并挑选实际服役最严重工况对其进行100%限制载荷静力试验。试验件在试验过程中始终处于弹性变形,并对比试验与理论分析的应变数值,最大拉应变误差为7.88%,最大压应变误差为4.21%,符合零件设计要求。     

飞机复合材料起落架舱门优化设计

蜂窝夹芯复合材料逐渐取代铝合金成为舱门的首选材料,其刚度设计及结构减重在飞机的结构设计中十分重要。通过参数化建模建立了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的有限元模型,并进行起落架舱门的模拟计算。在打开和关闭两种工况下以刚度和强度为约束,优化舱门的几何结构和复合材料参数。建立代理模型后采用多岛遗传算法和序列二次规划相结合进行优化,实现了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的优化设计。通过优化设计,所得到的舱门比原铝合金舱门具有更高的强度和刚度。优化后复合材料舱门重量比优化前下降了11.5%,比铝合金舱门减少了39.6%,起落架舱门总重量明显降低。同时,建立代理模型后再优化的方法优化效率高,解决了多优化变量下找不到最优解的问题。     

舱门类结构的约束载荷求解方法研究

计算舱门类结构强度时,通常不考虑与其连接的锁、锁接头及周边结构、拉杆、拉杆支座的刚度,直接在舱门的细节有限元模型上将与锁接头、拉杆支座连接的位置约束位移。当舱门结构为静定结构时,采用这种方法计算出的锁载荷、拉杆载荷是准确的,但通常舱门类结构为高度静不定结构,高度静不定结构的约束载荷与其支持结构的刚度有直接关系,所以,在计算高度静不定的舱门类结构强度时,必须考虑舱门支持结构的刚度。文中重点讨论舱门类结构的锁、拉杆结构的约束载荷计算方法,在舱门的细节有限元模型中采用弹簧元、梁元简化模拟舱门支持结构刚度的方法,计算舱门的约束载荷。利用这种方法计算某型飞机舱门的锁载荷和拉杆载荷,并通过试验验证,证明该种方法有效,为计算舱门类结构的约束载荷提供一种更为简洁准确的方法。     

波音767飞机主登机门训练器设计

登机门是飞机结构重要组成部分，也是飞机设计中的难点。国内各大民航均配置了登机门训练器，以模拟真实飞机舱门操作。本文论述了波音767飞机舱门训练器的设计及操作。     

全尺寸栅格舵铰链力矩天平研制

为准确获取带控制系统全尺寸栅格舵的静、动态铰链力矩数据,分析舵控系统性能,需要研制强度、刚度、灵敏度及抗电磁干扰能力均符合试验要求的风洞侧壁支撑天平。栅格舵法向力大,铰链力矩小,且试验平台限制了天平结构的长度,导致天平在载荷匹配与元件布置方面有较大难度。通过有限元分析技术优化天平结构,在适量放大铰链力矩载荷设计指标的基础上,采用法兰盘代替传统的锥连接,天平各元件串联布局等手段,成功研制出了满足试验要求的天平。试验结果显示,模型静、动态试验数据规律良好,天平的动态响应能力及对小量铰链力矩的测量满足试验需求。     

飞翼无人机结构布局分级优化研究

针对传统结构设计中依据经验对机翼构件布局设计容易导致结构刚度偏大、重量偏大的问题,采用分离设计变量的方法,分别对机翼构件的尺寸和位置变量,采用改进的可行性方向法和Hook-Jeeves方法进行优化,将尺寸非线性优化嵌入到无约束位置优化中,以结构的刚度、位移、扭转和强度为约束条件,对布局进行调整.采用多学科框架软件对整个优化过程进行集成,将机翼结构重量作为目标函数,分级对位置和尺寸优化,充分考虑耦合位置和尺寸变量间的相互影响关系,循环迭代,直至得到结构重量的最优值.采用方法对某型飞翼无人机的机翼结构进行优化,结果合理,具有一定的工程应用价值.     

复合材料帽型加筋舱门结构 RF 成型工艺研究

舱门属于飞机上次承力结构,但由于其是运动部件,承受较大的气动载荷,必须要考虑到强度、刚度、气密、可靠性、表面质量等因素,在此基础上,还要求舱门质量尽可能轻。复合材料帽型加筋结构壁板因其刚度大,。结构整体性好等优点,使其在飞机舱门结构上得到应用。文中采用自动缝合RF 工艺,完成缝合预成型体制备、RFI 工艺树脂流道设计等关键技术,实现了帽型加筋舱门结构件的一次整体成型。     

基于四杆机构单元的柔性铰链设计与尺寸优化

针对柔性铰链存在的转动角度小和径向漂移大等问题,进行了大转角和高精度柔性铰链设计。利用四杆机构中曲柄摇杆机构的转角放大特性,以固化的四杆机构为变形模块,通过摇杆的小变形实现铰链的大转角运动。柔性铰链中固化的四杆机构为超静定结构,基于超静定结构理论进行了柔性单元的受力分析,并建立了柔性铰链的刚度模型,实现柔性铰链的分析和设计。根据设计方案选取设计变量,基于理论推导得到刚度建立目标函数,根据性能和几何边界建立约束条件,利用遗传算法对柔性铰链尺寸进行优化,并通过ANSYS进行了特定尺寸下柔性铰链变形和应力分析,验证了优化结果的正确性。     

冲压空气涡轮舱门开缝问题研究

针对某型机飞行过程中冲压空气涡轮舱门的开缝问题,分析了其舱门结构及操纵原理,通过建立有限元模型,研究了整流罩刚度、舱门外形、舱门悬挂接头铰链点的位置、舱门刚度等因素对舱门开缝的影响。依据这些因素对舱门开缝大小的影响程度,通过增加附加拉杆、改进舱门形状、调整铰链点位置等综合措施,解决了飞机空中飞行时RAT舱门的开缝问题。     

压力载荷下的结构拓扑-形状协同优化

 压力载荷作用下的结构轻量化设计是工程中的常见问题,由于压力加载面的可设计性,现有以固定载荷为基础的拓扑优化技术不能很好地处理这类问题。直接采用CAD参数化样条或B样条曲线描述压力加载面,通过拓扑和形状变量的联合优化满足了工程实际对结构轻量化与边界的功能性与光滑性设计要求。同时,为了避免结构边界形状变化时有限元网格刷新引起的定义拓扑伪密度变量的困难,用所提出的背景网格和密度点技术实现了每一步单元密度设计迭代结果的自动传递,并采用网格变形技术实现了形状设计变量灵敏度分析。采用4个数值算例验证了方法的有效性,其中发动机承力框架的设计结果充分说明该方法在航空结构设计中的重要应用价值。     

基于蚁群算法的机头结构二级布局优化方法

针对民机机头结构布局设计的拓扑变量与尺寸优化变量共存的混合变量设计问题,改进一般的蚁群算法,提出多城市层的蚁群算法转移概率准则,建立基于蚁群算法拓扑优化及准则法尺寸优化设计的二级结构布局优化法,第一级针对离散设计变量,采用蚁群算法确定结构的拓扑布局;第二级针对连续设计变量,基于准则法完成结构在前一级布局下的尺寸优化设计。优化设计结果表明：在满足强度和刚度约束下,相较于初始结构,杆件结构总重量减轻32%,且较常规尺寸优化效果更好。     

某型教练机框梁结构分析及尺寸优化

针对某型飞机框梁进行结构分析,应用有限元法和工程梁方法对梁进行强度校核,分析表明,梁强度不满足要求。本文采用工程上常用的尺寸优化方法对梁进行改进设计,优化后的结构在满足外界约束的同时,降低了梁最大应力,满足了强度要求。     

某型直升机滑动舱门锁闭系统报警故障分析

对某型直升机滑动舱门锁闭系统报警故障进行分析,得出锁闭机构微动开关安装结构不合理以及频繁的冲击载荷是故障的主要原因,对锁闭机构的结构进行了优化设计并进行了验证,验证结果表明改进后的锁闭机构满足滑动舱门锁闭要求。     

民用飞机舱门试验研究综述

舱门是飞机结构的重要部件,舱门试验是验证舱门设计满足可靠性、安全性、适航要求的重要手段。民用飞机舱门试验包括设计验证试验和适航验证试验,结合民用飞机舱门研制的经验和教训,本文研究总结了舱门研制过程中,应当开展的试验项目和内容,指出了试验的试验目的、试验意义和开展试验的必要性,给出了试验台架设计建议。本文研究对于舱门满足功能、性能等设计要求、使用要求、持续适航要求以及在设计阶段制定合理的试验规划,具有一定的参考价值。     

基于数学规划法的飞机机翼结构分层次优化设计方法研究

在方案设计阶段,为了使机翼结构既满足强度设计要求,又满足刚度设计要求,本文提出了一种基于数学规划法的层次优化方法。首先利用准则法进行结构的满应力设计优化,在此基础上利用数学规划法进行结构的刚度设计(以颤振约束进行优化并进行舵面效率的校核)。文中以某型飞机机翼为例,在多墙、梁式两套方案的结构优化设计上进行了成功应用。     

航空发动机短舱泄压门冲击载荷结构拓扑优化技术研究

部分航空发动机零部件的工作载荷类型属于冲击载荷,采用静力学强度判定准则无法证明其设计符合性,导致无法采用静力学载荷对其进行结构优化,需要建立基于冲击动力学载荷的航空发动机结构拓扑优化方法.以航空发动机泄压门铰链为研究对象,通过结构冲击动力学载荷拓扑优化技术研究,建立短舱腔压导致的泄压门弹开载荷作用下拓扑优化方法,提高泄...     

基于OPTISTRUCT平台的某飞机摇臂结构优化设计

结构优化设计是将结构重量、结构强度和材料布局等进行最优统筹规划的手段。该文基于Altair Optistruct软件平台,针对一种常见的飞机襟翼摇臂结构,首先,使用拓扑优化方法获得摇臂的初步结构形式;其次,通过尺寸优化方法得到摇臂结构的大致尺寸;最后,综合考虑强度、刚度、加工工艺及材料利用率等因素,确定出优化后的摇臂结构。