基于三维参数化模型构建的飞机重量重心快速估算方法

 针对飞机总体设计阶段重量重心(c.g.)估算的专业要求、设计方案反复调整的特点,提出了基于三维参数化建模的重量重心快速估算方法,从而实现后续的快速参数化调整。基于该方法的分析流程,通过分析飞机外形建模和结构、系统重量建模的工作对象和专业逻辑,对各个重量组成及其建模过程进行了参数化描述和流程定义,用于指导完成整个设计分析系统的开发实现。最后,通过算例演示了基于三维参数化建模进行重量重心快速估算的步骤。     

飞机总体设计中基于参数的类翼面部件快速统一建模

 在面向对象技术的基础上 ,针对飞机部件自身的特点提出一套基于参数的飞机类翼面部件快速统一建模方法 ,以满足飞机总体设计过程中对建模的需求。该方法通过基准平面统一了所有类翼面部件的描述参数 ,使用很少的参数个数唯一精确地确定了部件的外形。统一参数的使用使多学科、多专业之间共享同一模型空间内的设计模型更为方便 ,综合设计的结果更具有准确性和可信性。从而提高飞机总体设计的质量和效率。     

两种全机建模方式动力特性一致性分析

在全机动力分析中，对机身建模有两种不同的观点，一种是将机身建成梁式结构，另一种是将机身建成由长桁、隔框和蒙皮组成的简式模型。分析了两种建模方式的优缺点，并依据飞机总体设计的概念，按相似理论对吹风模型动力特性设计的方法，仿真构造了在研飞机，并按两种方法建成有限元模型，分别进行了全机振动特性分析和颤振分析，论证了两种建模方法的一致性。     

基于MSC．PATRAN环境的参数化有限元建模

结构有限元模型的建立是进行结构分析与设计的基础。结构外形参数改变，其有限元模型将随之改变。针对这种情况阐述了基于MSC．PATRAN的有限元参数化建模方法，以三杆桁架为例描述了参数化建模的过程，最后对一机翼盒段实现参数化建模，并对其进行优化设计。结果表明：参数化有限元建模可以方便的得到一组外形或功能相似的模型结果和分析结果，提高了建模和分析效率。     

不同外形建模方法对机翼气动特性的影响

飞机设计和制造过程中外形建模方法对飞机气动特性有较大影响。针对一种大型商用飞机机翼外形方案,基于样条曲线曲面理论,以内外翼整体或分段造型、调整曲面特征截面数量等不同方法进行三维外形建模,同时借助CFD数值计算得出巡航状态下各外形的气动参数,对比分析几种建模方法对机翼外形和气动特性的影响,并总结出一些关于飞机机翼外形建模的基本原则,对飞机设计和制造工程有一定参考价值。     

民用飞机客舱快速设计及自动化调整

为提高总体设计的质量和效率,研究了民用飞机机身剖面构型及客舱的设计措施,并在一个开放式飞机总体设计环境中实现这一功能。定义了飞机机身类部件坐标系,提出了机身剖面构型、地板、装饰层、厨房、卫生间、衣帽间、应急出口、舱门、舱段隔板、座椅和行李架等的参数化描述和模型构建方法,设计了客舱参数化描述数据结构、剖面构型与客舱布置的数据对应关系及客舱设计逻辑,建立了交互式机身剖面构型和客舱二、三维快速设计环境。在此基础上,实现了客舱模型的自动化调整,为总体设计阶段进行多学科设计优化奠定了基础。最后,给出若干设计实例说明了该方法的有效性。     

基于CATIA二次开发的飞翼外形参数化建模

如何快速地生成飞机三维外形模型是飞机总体设计中的一个重要问题。本文以飞翼布局飞机作为研究对象,研究了一种飞翼外形参数化数学模型,包括总体轮廓参数化模型、剖面形状参数化模型和过渡面参数化模型。基于该模型,应用CATIA二次开发技术,编制了能自动生成飞翼三维外形的CAD模型程序。应用算例表明,本文提出的参数化数学模型和所开发的程序能快速生成各种不同的飞翼三维外形模型。     

正常类通用飞机机身外形初步设计技术研究

对于通用飞机,由于其种类多、用途广,机身外形具有多样性。不同的飞机种类和用途对机身外形有不同的要求,机身外形的初步设计显得尤为重要。本文分析了两种典型通用飞机机身外形特点及其阻力特性,并以正常类通用飞机为例,从总体设计要求出发,介绍了基于内部空间、重心位置、气动特性、驾驶舱视界等要求下的机身外形初步设计方法。     

复合材料机身壁板屈曲优化设计

针对受压加筋曲壳的后屈曲特点,提出了一个后屈曲载荷的快速计算方法。用一部分有效蒙皮代替蒙皮失稳后的承载能力,利用欧拉失稳模型估算后屈曲失稳临界载荷。以外形参数给定的机身加筋壳结构为例,基于蒙皮局部失稳的简化模型,利用二次序列法优化求解结构的最佳布局。然后按照之前提出的后屈曲载荷的快速计算方法,设计筋条的截面刚度,最终得到最轻的机身结构质量。     

基于参数化有限元方法的机翼重量预测

为飞机总体设计阶段提供一种快速而较精确的机翼重量预测方法。该方法是将参数化几何建模和参数化有限元建模方法相结合,快速地建立机翼结构有限元模型。通过应用CATIA二次开发技术,实现机翼结构布置模型的自动生成;通过运用PATRAN的PCL语言,实现结构有限元模型的自动生成;通过应用优化方法,确定出结构尺寸,进而计算出机翼重量。算例表明,本方法可快速地分析不同结构布置方案和不同材料方案的机翼重量,适用于飞机总体方案设计阶段机翼重量计算。     

直升机机身外形对气动特性的影响

基于FLUENT流体力学软件,进行了直升机机身流场的数值模拟和分析。描述了网格生成方法,给出了计算迭代步骤和流程图。针对ROBIN机身绕流场进行了计算,并与可得到的实验结果进行了对比,验证了计算结果的可靠性。在此基础上,以NUAA模型机身为算例,改变机身尾部、截面和头部形状对其流场进行了对比计算,给出了表面压强系数分布、机身阻力等计算结果,讨论了直升机机身外形参数对气动特性的影响,得出了一些有意义的结论。     

直升机机身气动外形的低阻优化设计

直升机机身阻力是飞行阻力的主要来源之一,通过对机身外形的优化设计,能够实现直升机的高效低阻飞行.首先,把机身划分为头部、中段和尾梁三段,对其外形轮廓线进行CST参数化表示;其次,采用拉丁超立方法选取试验设计样本点,计算各样本点的阻力系数,构造Kriging代理模型,估计模型预测的精度;最后,选用序列二次规划算法对其进行优化,并对优化后的机身模型进行了风洞试验.通过计算分析可知:所建立的Kriing代理模型能够精确预测阻力系数值,优化后得到了机身的设计参数;机身阻力系数减小了15.3％,理论值与试验值吻合良好.     

民机机身下部结构耐撞性优化设计

 针对含多设计参数的典型民机机身下部结构耐撞性设计,提出了一种设计方法,该方法以最小化客舱地板的初始加速度峰值与最大化参考压溃状态的结构内能为优化双目标,通过Kriging模型对结构的冲击响应进行预测,采用非支配排序遗传算法II(NSGA-II)对双目标进行优化,进而由Nash-Pareto策略获得最优方案。为了得到最优设计方案,同时研究设计参数对机身结构耐撞性的影响,提出最大化期望提高与最大化预测方差同步加点准则建立代理模型。采用该设计方法,以典型民机机身下部结构设计问题为算例,对客舱地板支撑结构、货舱地板和泡沫构件形状参数进行优化。结果表明,相对原始设计客舱地板的加速度峰值降低约18.3%,次高加速度峰值也得到有效降低,改善了机身结构的耐撞性;Kriging模型预测响应与有限元分析结果误差小于1%,说明了设计方法的有效性。     

直升机结构动特性建模技术研究

在直升机设计阶段通过建模分析进行全机动特性设计，准确地预测全机振动响应是控制和降低直升机振动水平的关键技术，本文以直11型直升机为研究对象，对机体结构的动特性建模技术进行了深入的研究，采用从部件到全机建模的研究策略，把整个机体分成尾段，舱门，机身段，分别进行有限元建模，动特性试验，相关分析，模型修改技术和建模准则的研究，在此基础上，对部件连接界面建模分析，组建修改后的各部件模型，建立全机动特性分析模型，通过对直11型机全机动力学建模，试验相关分析与模型修改，大大增强了分析模型的预测能力，达到了40Hz以内的频率误差小于11％的预测精度，突破了对直升机复杂结构建模关键技术，建立了适用于直升机结构动力学分析的建模准则，在直11型机动特性设计中取得了成功。     

民机机身耐撞性设计的波纹板布局

 耐撞性是民机机身结构设计的一项重要要求。为了研究以波纹板为吸能结构的机身结构能量吸收特性和冲击响应特性,针对常规的机身构型,提出了3种货舱地板下部波纹板布局形式,建立了相应的机身段有限元模型,对机身垂直撞击刚性地面的情况进行分析。获得了不同布局形式下的波纹板变形模式和能量吸收情况,以及机身段的破坏模式、能量吸收情况和座椅处的过载-时间历程。3种布局的对比分析表明,在机腹隔框下端和蒙皮之间布置波纹板,可以使机身下部结构的破坏模式稳定,显著降低座椅处的过载峰值,缩短高过载脉宽,有效提高机身结构的耐撞性。     

民用客机后机身外形设计研究

CC-200是一款单通道、中程大型民用客机。CC-200民用客机具有大展弦比、小后掠角、相对较低的巡航速度等技术特点。CC-200的后机身的外形长度为6.458 m,上掠角为12°,与地面水平线的最小间隙值为0.15 m。后机身外形及其它部段的外形采用CATIA V5软件建立了三维数模,后机身采用ESDU 80006和ESDU7011中的方法进行阻力增量的计算、评估。计算表明,在机身迎角一定的情况下,后机身阻力增量随着上掠角的增大而增大。     

机身刚度对双体飞机颤振的影响规律分析

针对某双体飞机颤振特性复杂的问题,本文采用片条理论修正后的偶极子网格方法,建立了双体飞机非定常气动力模型,同时基于地面振动试验建立了不同机身刚度双体飞机等效梁模型。通过有限元方法,分析了机身刚度对双体飞机结构动力学的影响,同时通过求解耦合得到的频域方程,探究了机身刚度对双体飞机颤振的影响规律。研究结果表明,机身截面垂向刚度对机身一阶垂直对称弯曲模态、机身一阶垂直反对称弯曲模态与平尾滚转模态频率影响较大。机身截面垂向刚度降低到原设计刚度67%时,机身反对称弯曲模态对平尾扭转效应增强,机身一阶垂直反对称弯曲模态、平尾滚转模态与平尾一阶垂直反对称弯曲模态耦合,双体飞机在269.34 m/s时发生颤振,颤振频率为37.2 Hz。     

超声速翼身组合体激波阻力优化的EFCE算法

 超声速飞行器的横截面积分布对其激波阻力的影响十分显著,合理的机翼和机身横截面积分布可以显著降低其激波阻力。使用类别形状函数变换(CST)方法对机身进行基于横截面积分解的CST参数化外形表示,在此基础上提出了扩展的远场组元(EFCE)超声速翼身组合体激波阻力优化算法,并使用该方法对超声速客机翼身组合体进行外形优化,使其激波阻力系数降低了39%。研究结果表明:由于只进行一个方向上的面积分解,机身CST参数化所使用的参数数量和相应优化过程的计算量比机翼大幅降低;经过EFCE激波阻力优化的机身具有较为明显的面积率修形"蜂腰"特征。     

Collaborative force and shape control for large composite fuselage panels assembly

This study proposed a force and shape collaborative control method that combined method of influence coefficients(MIC) and the elitist nondominated sorting genetic algorithm(NSGA-II) to reduce the shape deviation caused by manufacturing errors, gravity deformation,and fixturing errors and improve the shape accuracy of the assembled large composite fuselage panel. This study used a multi-point flexible assembly system driven by hexapod parallel robots. The proposed method simultaneously considers...     

Developing an engineering-statistical model for estimating aerodynamic coeffcients of helicopter fuselage

The design of the geometric shape of a helicopter fuselage poses a serious challenge for designers. The most important parameter in determining the shape of the helicopter fuselage is its aerodynamic coefficients. These coefficients are determined using two methods:wind tunnel test and computational fluid dynamics (CFD) simulation. The first method is expensive, time-consuming and limited. In addition, estimates in regions away from data can be poor. The second method, due to the limitations of numerical solution, the number of nodes and the used solution, is often inaccurate. In this paper, with the aim of accelerating the design process and achieving results with reasonable engineering accuracy, an engineering-statistical model which is useful for estimating the aerodynamic coefficients was developed, which mitigated the drawbacks of these two methods. First, by combining CFD simulation and regression techniques, an engineering model was pre-sented for the estimation of aerodynamic coefficients. Then, by using the data from a wind tunnel test and implementation of statistical adjustment, the engineering model was modified and an engineering-statistical model was obtained. By spending less time and cost, the final model provided the aerodynamic coefficients of a helicopter fuselage at the desired angles of attack with reasonable accuracy. Finally, three numerical examples were provided to illustrate the application of the pro-posed model. Comparative results demonstrate the effectiveness of the engineering-statistical model in estimating the aerodynamic coefficients of a helicopter fuselage.