前掠翼飛機復合材料氣動彈性剪裁設計分析技術研究.pdf

1、前掠翼飛機氣動特性優(yōu)越，具有包括臨界馬赫數(shù)高、波阻低和克服翼尖失速等很多優(yōu)點，但扭轉(zhuǎn)發(fā)散問題也是制約前掠翼機廣泛實用化的障礙。各向同性的金屬一直是飛機設計中用量最大和用途最廣的材料，但用來設計前掠翼機時，不得不付出超重的代價。利用復合材料的氣動彈性剪裁技術可以經(jīng)濟地解決前掠翼的扭轉(zhuǎn)發(fā)散過低的問題。 復合材料氣動彈性剪裁技術涉及復合材料力學、氣動彈性力學和優(yōu)化方法。本文首先回顧了氣動彈性問題的發(fā)展和相關理論，介紹了前掠翼扭轉(zhuǎn)發(fā)散

2、的產(chǎn)生機理，然后，闡明復合材料實現(xiàn)前掠翼扭轉(zhuǎn)發(fā)散控制的實質(zhì)，并結(jié)合前掠機翼基金課題實施了復合材料氣動彈性剪裁設計技術的數(shù)值計算研究。 復合材料的各向異性的力學特性是氣動彈性剪裁賴以實現(xiàn)的機理，因此，復合材料結(jié)構的設計構成了氣動彈性剪裁設計的主要內(nèi)容，鋪層厚度、順序、鋪層角度及鋪設方向的任意性是復合材料強度和剛度可設計性的根本原因。通過有針對性的改變這些設計參數(shù)，由層合板設計成的復合材料翼面結(jié)構表現(xiàn)出不同的剛度特性，主要體現(xiàn)為彎

3、曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的耦合，并由此控制翼面結(jié)構的氣動彈性效應。論文通過理論推導和多種剪裁方法的算例來驗證復合材料結(jié)構對于前掠翼機的效益。 復合材料結(jié)構的設計變量眾多，約束條件復雜以及高度的非線性給優(yōu)化設計工作帶來很大困難。通用有限元軟件ANSYS提供了一套實用優(yōu)化方法，能有效地解決結(jié)構的多參數(shù)優(yōu)化問題。本文針對前掠翼機算例，充分考慮了結(jié)構的實際構造形式，在ANSYS的環(huán)境下，利用軟件自身的參數(shù)化設計語言(APDL)編制優(yōu)化程序，對