飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中機(jī)身結(jié)構(gòu)重量估算方法研究.pdf

1、機(jī)身結(jié)構(gòu)重量估算是飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中最重要的內(nèi)容之一。本文針對(duì)大型客機(jī)總體設(shè)計(jì)階段的機(jī)身結(jié)構(gòu)重量計(jì)算問(wèn)題開(kāi)展研究工作。為了在總體設(shè)計(jì)階段獲得較精確的機(jī)身結(jié)構(gòu)重量，研究了二種機(jī)身結(jié)構(gòu)重量的評(píng)估方法—基于工程梁理論的方法和基于結(jié)構(gòu)有限元和優(yōu)化的方法。本文完成的主要工作包括以下二個(gè)方面：
　　研究了一種基于工程梁理論的機(jī)身結(jié)構(gòu)重量估算方法。將機(jī)身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為筒狀薄壁梁結(jié)構(gòu)，然后在該薄壁梁結(jié)構(gòu)上分別施加飛機(jī)機(jī)動(dòng)和著陸時(shí)所受到的載荷，按強(qiáng)度校核公

2、式分別對(duì)兩種工況下的機(jī)身強(qiáng)度進(jìn)行分析，計(jì)算出載荷作用下所需要的最小材料用量，進(jìn)而計(jì)算出其承載結(jié)構(gòu)的重量。然后再根據(jù)機(jī)身承載結(jié)構(gòu)的重量和機(jī)身的總重之間的關(guān)系，得到機(jī)身的總重。以A320客機(jī)為算例進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明基于工程梁理論的機(jī)身結(jié)構(gòu)重量估算方法具有較高的精度。
　　研究了基于結(jié)構(gòu)有限元方法的機(jī)身重量估算方法和流程。該流程包括機(jī)身外形CAD模型的建立、載荷計(jì)算、機(jī)身結(jié)構(gòu)有限元模型的自動(dòng)生成、結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化、機(jī)身重量的修正等主要環(huán)節(jié)。

3、在建立了機(jī)身外形參數(shù)化模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用CATIA二次開(kāi)發(fā)方法自動(dòng)生成機(jī)身幾何模型。編寫Matlab程序計(jì)算飛機(jī)在空中和地面的機(jī)動(dòng)動(dòng)作的載荷，從中挑選出最嚴(yán)重的載荷情況作為設(shè)計(jì)載荷，同時(shí)還確定了機(jī)身的客艙地板載荷、客艙增壓載荷以及慣性載荷。在Patran/Nastran中，應(yīng)用腳本語(yǔ)言PCL程序，建立了機(jī)身結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型和機(jī)身結(jié)構(gòu)有限元模型，應(yīng)用PATRAN的優(yōu)化功能對(duì)結(jié)構(gòu)部件尺寸進(jìn)行優(yōu)化，得到滿足約束下的最小機(jī)身結(jié)構(gòu)重量，并根據(jù)機(jī)身重量

4、修正公式加以修正，最終得到機(jī)身重量。應(yīng)用這種方法，估算出不同客艙布置方案的機(jī)身結(jié)構(gòu)重量，分析不同的機(jī)身外形參數(shù)對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)重量的影響。
　　研究結(jié)果表明，基于工程梁理論估算機(jī)身重量的方法具有快速簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果也比較精確。基于結(jié)構(gòu)有限元方法的機(jī)身重量估算方法，即通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件CATIA的二次開(kāi)發(fā)與結(jié)構(gòu)分析軟件MSC.Patran/Nastran的二次開(kāi)發(fā)相結(jié)合的方法，機(jī)身重量結(jié)果估算更為精確。二種方法均是估算機(jī)身結(jié)構(gòu)重量