文档介绍：中图分类号:V221 论文编号:1028701 11-0043
学科分类号:080501
硕士学位论文
飞机总体设计中机翼重量评估
方法研究
研究生姓名魏思
学科、专业飞行器设计
研究方向飞机综合设计技术
指导教师余雄庆教授
南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二О一О年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering
Weight Estimation of Wings in Preliminary Aircraft Design
A Thesis in
College of Aerospace Engineering
by
Wei Si
Advised by
Prof. Yu Xiongqing
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
December, 2010
承诺书
本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将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、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日期:
摘要
机翼重量估算是飞机总体设计的重要内容之一,机翼重量对飞机的飞行性能、气动特性、强度刚度、疲劳寿命等等都具有很大影响。总体设计中,常用的机翼重量估算方法有经验方法、理论方法和半理论方法。本文以大型运输机为对象,研究了两种飞机总体设计中机翼重量的评估方法——基于工程梁理论的方法和基于结构有限元和优化的方法。
1)针对飞机方案设计阶段大型客机机翼重量评估问题,研究了一种基于工程梁理论的方法。首先在CATIA环境下对机翼外形进行参数化设计;然后应用Gridgen脚本文件功能和MATLAB程序,快速生成面元法程序(PAN AIR)的输入数据文件对机翼表面气动力进行快速评估,从而实现机翼气动载荷的提取,拟合出沿机翼展向的升力分布函数,并添加到建立的机翼结构模型上;最后采用VC++语言编制基于工程梁理论评估方法的计算机程序,对八种客机机翼承载结构重量进行评估,利用最小二乘法统计分析机翼总重与承载重量的关系,并对A320客机进行计算验证,结果证明该方法对大型客机机翼重量的评估具有较高精度。
2)针对飞机总体设计中大型军用运输机机翼重量评估问题,研究了一种基于结构有限元和优化的方法。首先针对机翼-机身—吊舱组合体外形参数化模型,通过VB语言对CATIA二次开发,自动生成机身、机翼和吊舱参数化几何模型;应用Gridgen脚本语言的功能和编制MATLAB接口程序,完成气动分析模型的自动化;气动分析模型采用面元法(PAN AIR程序);编制MATLAB程序提取气动数据,拟合出机翼表面压强分布函数;通过CATIA二次开发和PATRAN脚本文件,实现自动生成机翼结构有限元模型;应用PATRAN自带的优化工具对结构部件尺寸进行优化得到满足约束下的最小机翼结构重量;应用超拉丁方法,在集成平台iSIGHT上对该机翼重量评估方法进行试验设计,分析机翼外形参数和发动机位置参数对机翼结构重量的影响。
通过CAD技术和CFD方法的应用,机翼重量评估方法的精度得以提高,为总体设计中机翼方案的重量评估提供了两个可行有效的方法。本文方法和技术路线能有效地缩短飞机总体方案设计的周期,提高设计质量。
关键词:飞机总体设计,有限元方法,工程梁方法,参数化建模,重量评估,结构优化
Abstract
Wing weight estimation is one of the most important issues in aircraft preliminary design, as wing weight has a great effection on the flight performance, aerodynamic configuration, strength and deformation of the structure, the life of fatigue, etc. During aircraft preliminary design, wing