曲线纤维复合材料后掠机翼的颤振特性优化

曲线纤维铺层是制造变刚度复合材料层合板的一种新技术，本文以12层曲线纤维复合材料后掠机翼为研究对象，研究了不可压缩流动中后掠机翼的颤振特性优化，分析了纤维方向、优化层数和铺层厚度对颤振特性的影响。数值仿真中分别采用有限元法和高阶面元法建立后掠机翼的结构模型和气动力模型，利用VG法求解后掠机翼的颤振边界。计算结果表明，后掠机翼全部铺层采用曲线纤维时优化后颤振速度，比仅最外层采用时提高31.1%，比全部铺层采用直线纤维时优化后颤振速度提高14.3%。铺层全部采用二维方向可变曲线纤维时的颤振速度比一维角度可变的颤振速度仅提高1.7%，证明纤维方向沿展向可变对颤振边界影响更大。纤维方向和厚度共同优化时，在不改变后掠机翼总厚度的情况下可使后掠机翼的颤振速度再次提高5.4%。研究表明，采用曲线纤维进一步提高了复合材料层合板的可设计性，通过调整曲线纤维路径可以明显改变复合材料后掠机翼的颤振特性。