【摘要】：大展弦比機(jī)翼構(gòu)型是適用于高空長(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)的主要布局形式。機(jī)翼是飛機(jī)產(chǎn)生升力的主要部件,同時(shí)其重量在全機(jī)結(jié)構(gòu)重量中占據(jù)較大比重,機(jī)翼的性能直接影響飛機(jī)整體性能。通過(guò)在結(jié)構(gòu)上使用具有可設(shè)計(jì)性的復(fù)合材料,可以有效減輕機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量,并改善機(jī)翼性能。為此,本文根據(jù)等效剛度方法,對(duì)大展弦比復(fù)合材料機(jī)翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行了研究,全文主要工作如下:1)研究了大展弦比復(fù)合材料機(jī)翼的設(shè)計(jì)方案,針對(duì)其特性確定了計(jì)算方法。確定了機(jī)翼總體方案,實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)模型和結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)化,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算了機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量,研究了氣動(dòng)載荷在結(jié)構(gòu)上的加載方法,通過(guò)Isight軟件搭建了大展弦比機(jī)翼氣動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)算流程模型。2)研究了復(fù)合材料加筋板等效方法應(yīng)用于大展弦比機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性。研究了復(fù)合材料加筋板的等效方法及在有限元模型中的應(yīng)用方法,驗(yàn)證了等效剛度有限元模型在靜力分析、模態(tài)分析和顫振分析中的精確性,并確認(rèn)使用等效剛度有限元模型能夠提高優(yōu)化計(jì)算效率。3)結(jié)合氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)等學(xué)科建立了大展弦比復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)翼性能的快速計(jì)算,對(duì)某大展弦比復(fù)合材料機(jī)翼進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,使機(jī)翼滿足靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和氣動(dòng)彈性約束,減輕結(jié)構(gòu)重量。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V214.11
【圖文】：

圖 1.1 RQ-4“全球鷹”無(wú)人機(jī)“太陽(yáng)神”無(wú)人機(jī)（見(jiàn)圖1.2）作為航空環(huán)境公司為NASA的環(huán)境研究和傳感器技術(shù)（ERAST）計(jì)劃研制的一款驗(yàn)證機(jī)，翼展 75 米，重量 90 公斤，巡航速度 30 公里/小時(shí)�！疤�(yáng)神”無(wú)人機(jī)采用太陽(yáng)能作為動(dòng)力源，使其續(xù)航時(shí)間相對(duì)于使用傳統(tǒng)燃料的飛行器更長(zhǎng)，理論上具有無(wú)限續(xù)航能力�！疤�(yáng)神”的輕重量和高升阻比設(shè)計(jì)使其獲得優(yōu)秀的高空飛行性能，2001 年，它創(chuàng)造了無(wú)燃料飛行器飛行海拔高度的世界紀(jì)錄 29524 米。“全球觀察者”（見(jiàn)圖 1.3）系列無(wú)人機(jī)是航空環(huán)境公司為參與美國(guó)新一代無(wú)人偵察機(jī)計(jì)劃，用于開(kāi)發(fā)驗(yàn)證的產(chǎn)物，其翼展 53.3 米，機(jī)身長(zhǎng)度 21.3 米，可在 20000 米高的平流層巡航飛行。通過(guò)采用液化氫燃料，“全球觀察者”無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間可達(dá)一周，相對(duì)于“全球鷹”其持續(xù)部署能力大大提高。這兩種無(wú)人機(jī)通過(guò)采用新能源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本高空長(zhǎng)航時(shí)飛行，通過(guò)搭載各種任務(wù)模塊，有望作為衛(wèi)星的替代者在偵察監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)測(cè)和通信中繼等任務(wù)中發(fā)揮作用。

往福島核電站拍攝反應(yīng)堆受損影像，展示了其可執(zhí)行任務(wù)的多樣性。圖 1.1 RQ-4“全球鷹”無(wú)人機(jī)“太陽(yáng)神”無(wú)人機(jī)（見(jiàn)圖1.2）作為航空環(huán)境公司為NASA的環(huán)境研究和傳感器技術(shù)（ERAST）計(jì)劃研制的一款驗(yàn)證機(jī)，翼展 75 米，重量 90 公斤，巡航速度 30 公里/小時(shí)�！疤�(yáng)神”無(wú)人機(jī)采用太陽(yáng)能作為動(dòng)力源，使其續(xù)航時(shí)間相對(duì)于使用傳統(tǒng)燃料的飛行器更長(zhǎng)，理論上具有無(wú)限續(xù)航能力�！疤�(yáng)神”的輕重量和高升阻比設(shè)計(jì)使其獲得優(yōu)秀的高空飛行性能，2001 年，它創(chuàng)造了無(wú)燃料飛行器飛行海拔高度的世界紀(jì)錄 29524 米。“全球觀察者”（見(jiàn)圖 1.3）系列無(wú)人機(jī)是航空環(huán)境公司為參與美國(guó)新一代無(wú)人偵察機(jī)計(jì)劃，用于開(kāi)發(fā)驗(yàn)證的產(chǎn)物，其翼展 53.3 米

圖 1.3 “全球觀察者”無(wú)人機(jī)中復(fù)合材料的應(yīng)用翼由于其升阻比較大，升力線斜率高[3]，有利于降低飛機(jī)燃油消飛行的要求，飛機(jī)需要減輕自身結(jié)構(gòu)重量，所以大展弦比機(jī)翼但這使得機(jī)翼結(jié)構(gòu)的剛度相對(duì)不足，機(jī)翼翼尖容易發(fā)生較大的且在氣動(dòng)力作用下機(jī)翼會(huì)產(chǎn)生很大的彈性變形，使顫振特性發(fā)變形對(duì)機(jī)翼的顫振速度和顫振頻率的影響高達(dá) 50%左右[4]。大題突出[5],在發(fā)生較大變形情況下，機(jī)翼翼根處會(huì)承受較大彎矩較差[6]。因此要同時(shí)滿足氣動(dòng)彈性要求和穩(wěn)定性需求是大展弦用可根據(jù)需要設(shè)計(jì)剛度大小和主方向的復(fù)合材料，是滿足大展徑。指將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料通過(guò)物理或化學(xué)方法組合其組成材料可以在性能上進(jìn)行互補(bǔ)，所以復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)用的混凝土、玻璃鋼等都屬于復(fù)合材料。20 世紀(jì) 60 年代初，

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