飛機總體設(shè)計中機身結(jié)構(gòu)重量估算方法研究.pdf

1、機身結(jié)構(gòu)重量估算是飛機總體設(shè)計中最重要的內(nèi)容之一。本文針對大型客機總體設(shè)計階段的機身結(jié)構(gòu)重量計算問題開展研究工作。為了在總體設(shè)計階段獲得較精確的機身結(jié)構(gòu)重量，研究了二種機身結(jié)構(gòu)重量的評估方法—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方面：
　　研究了一種基于工程梁理論的機身結(jié)構(gòu)重量估算方法。將機身結(jié)構(gòu)簡化為筒狀薄壁梁結(jié)構(gòu)，然后在該薄壁梁結(jié)構(gòu)上分別施加飛機機動和著陸時所受到的載荷，按強度校核公

2、式分別對兩種工況下的機身強度進行分析，計算出載荷作用下所需要的最小材料用量，進而計算出其承載結(jié)構(gòu)的重量。然后再根據(jù)機身承載結(jié)構(gòu)的重量和機身的總重之間的關(guān)系，得到機身的總重。以A320客機為算例進行驗證，結(jié)果表明基于工程梁理論的機身結(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)有限元方法的機身重量估算方法和流程。該流程包括機身外形CAD模型的建立、載荷計算、機身結(jié)構(gòu)有限元模型的自動生成、結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化、機身重量的修正等主要環(huán)節(jié)。

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

4、修正公式加以修正，最終得到機身重量。應(yīng)用這種方法，估算出不同客艙布置方案的機身結(jié)構(gòu)重量，分析不同的機身外形參數(shù)對機身結(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身重量的方法具有快速簡單的優(yōu)點，計算結(jié)果也比較精確?；诮Y(jié)構(gòu)有限元方法的機身重量估算方法，即通過計算機輔助設(shè)計軟件CATIA的二次開發(fā)與結(jié)構(gòu)分析軟件MSC.Patran/Nastran的二次開發(fā)相結(jié)合的方法，機身重量結(jié)果估算更為精確。二種方法均是估算機身結(jié)構(gòu)重量