前掠翼飛機復(fù)合材料氣動彈性剪裁設(shè)計分析技術(shù)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(shè)計中用量最大和用途最廣的材料，但用來設(shè)計前掠翼機時，不得不付出超重的代價。利用復(fù)合材料的氣動彈性剪裁技術(shù)可以經(jīng)濟地解決前掠翼的扭轉(zhuǎn)發(fā)散過低的問題。 復(fù)合材料氣動彈性剪裁技術(shù)涉及復(fù)合材料力學(xué)、氣動彈性力學(xué)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(guān)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(fù)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(fù)合材料氣動彈性剪裁設(shè)計技術(shù)的數(shù)值計算研究。 復(fù)合材料的各向異性的力學(xué)特性是氣動彈性剪裁賴以實現(xiàn)的機理，因此，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計構(gòu)成了氣動彈性剪裁設(shè)計的主要內(nèi)容，鋪層厚度、順序、鋪層角度及鋪設(shè)方向的任意性是復(fù)合材料強度和剛度可設(shè)計性的根本原因。通過有針對性的改變這些設(shè)計參數(shù)，由層合板設(shè)計成的復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)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(gòu)的氣動彈性效應(yīng)。論文通過理論推導(dǎo)和多種剪裁方法的算例來驗證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)對于前掠翼機的效益。 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計變量眾多，約束條件復(fù)雜以及高度的非線性給優(yōu)化設(shè)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(gòu)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(gòu)的實際構(gòu)造形式，在ANSYS的環(huán)境下，利用軟件自身的參數(shù)化設(shè)計語言(APDL)編制優(yōu)化程序，對