文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
前掠翼飞机复合材料气动弹性剪裁设计分析技术研究
姓名:王旭
申请学位级别:硕士
专业:飞行器设计
指导教师:孙秦
20070301
摘要前掠翼飞机气动特性优越,具有包括临界马赫数高、波阻低和克服翼尖失速等很多优点,但扭转发散问题也是制约前掠翼机广泛实用化的障碍。各向同性的金属一直是飞机设计中用量最大和用途最广的材料,但用来设计前掠翼机时,不得不付出超重的代价。利用复合材料的气动弹性剪裁技术可以经济地解决前掠翼的扭转发散过低的问题。复合材料气动弹性剪裁技术涉及复合材料力学、气动弹性力学和优化方法。本文首先回顾了气动弹性问题的发展和相关理论,介绍了前掠翼扭转发散的产生机理,然后,阐明复合材料实现前掠翼扭转发散控制的实质,并结合前掠机翼基金课题实施了复合材料气动弹性剪裁设计技术的数值计算研究。复合材料的各向异性的力学特性是气动弹性剪裁赖以实现的机理,因此,复合材料结构的设计构成了气动弹性剪裁设计的主要内容,铺层厚度、顺序、铺层角度及铺设方向的任意性是复合材料强度和刚度可设计性的根本原因。通过有针对性的改变这些设计参数,由层合板设计成的复合材料翼面结构表现出不同的刚度特性,主要体现为弯曲刚度和扭转刚度的耦合,并由此控制翼面结构的气动弹性效应。论文通过理论推导和多种剪裁方法的算例来验证复合材料结构对于前掠复合材料结构的设计变量众多,约束条件复杂以及高度的非线性给优化设计工作带来很大困难。通用有限元软件峁┝艘惶资涤糜呕椒ǎ苡行У解决结构的多参数优化问题。本文针对前掠翼机算例,充分考虑了结构的实际构造形式,在幕肪诚拢萌砑陨淼牟问杓朴镅嘀朴化程序,对结构实施铺层优化设计,达到经济、合理地使用复合材料。最后,对优化后的翼面结构进行适当调参,在满足强度和刚度的要求下,提高了发散速度。关键词;气动弹性,发散速度,复合材料,前掠翼,结构优化翼机的效益。
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学位论文作者签名::型曲印年;月省日文司年≥月巧日西北工业大学业学位论文知识产权声明书西北工业大学学位论文原创性声明上一辍菰麦病疊本人完全了锯学校有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业大学。保密论文待解密后适用本声明。指导教师签名秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果,不包含本人或其他已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人学位论文与资料若有不实,愿意承担一切相关的法律责任。
第一章绪论气动弹性力学概述分为静不稳定性和动不稳定性,从而构成了气动弹性两大研究内容——静气动弹“气动弹性力学”,顾名思义是研究弹性物体在气流中的力学行为,其任务是研究气动力和弹性物体之间的相互作用。气动弹性现象与气动力、惯性力和结构弹性力相关,是结构在气动载荷的作用下的变形和弹性引起的【俊S捎谠嚼丛娇刻的使用条件下要求减小结构质量等原因,气动弹性问题日益严重,气动弹性力学也受到越来越大的关注。在过去的一个世纪中,气动弹性力学的研究对象已经从航空航天飞行器领域拓展到高层建筑、桥梁、管道、输电线、旋转机械和舰船结构刚度的不足对飞机最主要的影响在于,飞机在飞行速度范围内可能会发生气动弹性现象旧,因此,结构在气流中的稳定性成为气动弹性力学关心的主要问题。对于一定的结构,其空气动力将会随着气流流速的加快而增加,而结构的弹性刚度与气流速度毫无关系,所以存在一个临界气流速度,使结构是由稳定状态变化到不稳定状态【。这种变化是剧烈的,会导致结构发生很大变形直至破坏,因此,气动弹性问题是飞行器设计过程中必须考虑的问题。从稳定性角度出发,根据惯性力在所研究的问题中是否需要被考虑,结构在气流中的不稳定性行为被划性问题和动气动弹性问题,前者主要研究扭转发散、载荷重分布以及操纵效率和操纵反效问题:后者主要研究颤振、抖振和动力响应问题。通常把气动力、弹性力和惯性力相互交叉影响的气动弹性问题归结为经典的气动弹性问题,随着航空航天技术的发展,特别是近代高速飞行器的出现,进入大气层的高温环境所累积的热效应越来越引起重视,因此,在经典气动弹性问题中引