前掠翼飛機(jī)復(fù)合材料氣動(dòng)彈性剪裁設(shè)計(jì)分析技術(shù)研究.pdf

1、前掠翼飛機(jī)氣動(dòng)特性?xún)?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(diǎn)，但扭轉(zhuǎn)發(fā)散問(wèn)題也是制約前掠翼機(jī)廣泛實(shí)用化的障礙。各向同性的金屬一直是飛機(jī)設(shè)計(jì)中用量最大和用途最廣的材料，但用來(lái)設(shè)計(jì)前掠翼機(jī)時(shí)，不得不付出超重的代價(jià)。利用復(fù)合材料的氣動(dòng)彈性剪裁技術(shù)可以經(jīng)濟(jì)地解決前掠翼的扭轉(zhuǎn)發(fā)散過(guò)低的問(wèn)題。 復(fù)合材料氣動(dòng)彈性剪裁技術(shù)涉及復(fù)合材料力學(xué)、氣動(dòng)彈性力學(xué)和優(yōu)化方法。本文首先回顧了氣動(dòng)彈性問(wèn)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(jī)理，然后，闡明復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)前掠翼扭轉(zhuǎn)發(fā)散控制的實(shí)質(zhì)，并結(jié)合前掠機(jī)翼基金課題實(shí)施了復(fù)合材料氣動(dòng)彈性剪裁設(shè)計(jì)技術(shù)的數(shù)值計(jì)算研究。 復(fù)合材料的各向異性的力學(xué)特性是氣動(dòng)彈性剪裁賴(lài)以實(shí)現(xiàn)的機(jī)理，因此，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)成了氣動(dòng)彈性剪裁設(shè)計(jì)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(qiáng)度和剛度可設(shè)計(jì)性的根本原因。通過(guò)有針對(duì)性的改變這些設(shè)計(jì)參數(shù)，由層合板設(shè)計(jì)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(dòng)彈性效應(yīng)。論文通過(guò)理論推導(dǎo)和多種剪裁方法的算例來(lái)驗(yàn)證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)對(duì)于前掠翼機(jī)的效益。 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變量眾多，約束條件復(fù)雜以及高度的非線(xiàn)性給優(yōu)化設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很大困難。通用有限元軟件ANSYS提供了一套實(shí)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(wèn)題。本文針對(duì)前掠翼機(jī)算例，充分考慮了結(jié)構(gòu)的實(shí)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(jì)語(yǔ)言(APDL)編制優(yōu)化程序，對(duì)