大展弦比复合材料机翼气动剪裁设计新方法

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1、第43卷第l期2011年2月南Journal尿ofNan航空航天大学学报jingUniversityofAeronautics＆Astronautics大展弦比复合材料机翼气动剪裁设计新方法任智毅金海波丁运亮(南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)V01．43NO．1Feb．2011摘要：根据机翼气动载荷和机翼弹性变形之间存在的关系，以机翼的总升力不变和结构强度作为约束条件，提出一种新的气动／结构耦合的刚度设计方法。该方法首先通过数值实验设计研究机翼扭转变形和弯曲变形对机翼气动栽荷的影响，井用主

2、成分回归方法构建了机翼变形和气动栽荷之间的响应面模型。然后以该模型为基础，构建气动／结构一体化设计模型，此模型仅考虑强度约束和总升力不变的要求，放弃了传统优化设计模型中的挠度和扭转约束。通过2种优化模型的对比，说明应用该方法设计出的机翼结构，重量减轻1．23％，机翼总体扭转变形减小33％，刚度设计更为合理。关键词：气动弹性；结构优化；复合材料结构；响应面模型；主成分分析中图分类号：V214．8；V215．3文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)01．0018—07NewMethodforAe

3、roelasticTailoringofHighAspectRatioCompositeWingsRenZhiyi，JinHaibo，DingYunliang(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Accordingtotherelationshipbetweenaerodynamicloadsandelasticdeformationof

4、wings，anewmethodisproposedforstiffnessdesignconsideringaerodynamicandstructuralcoupling．Ittakesthestrengthandtheconstanttotalliftasconstraintconditions．Thispaperfirstlystudiestheinfluenceofwingbendingandtwistdeformationonaerodynamicloadsthroughnumericalexp

5、eriments，andare—sponsesurfacemodelofaerodynamicloadsandwingdeformationisestablishedbyusingprinciplecompo—nentregression．Then，basedontheresponsesurfacemodel，anintegratedaerodynamicandstructuraldesignismade．Disregardingbendingandtwistdeformationintheoptimumw

6、ingstructure，themethodonlyconsidersthestrengthandtheconstanttotalliftconstraint．ComparedwithtWOkindsofoptimummodels，theresultshowsthatthemethodreduces1．23％oftheweightand33％ofglobaltwistdefor—mationofwings，thusthestiffnessdesignismorereasonable．Keywords：aer

7、oelasticity；structuraloptimization；compositestructure；responsesurfacemodel；princi—piecomponentanalysis近十几年来，高空长航时飞机得到了世界的普遍重视。由于其高空、长航时等性能要求，这类飞机机翼往往采用大展弦比布局形式，其刚度普遍偏小，机翼的气动弹性会对飞机的飞行品质带来很大影响。在传统飞机结构设计中，由于气动弹性的复杂性，一般载荷和结构各自独立，分别由各个专业完成。但为了协调它们之间的耦合问题，在结构设计上

8、要给出相应的变形要求。对于大展弦比机翼来说，由于刚度明显偏小，气动弹性问题会更加严重，若按传统的刚度设计方法，直接给定机翼的变形要求，可能会导致机翼结构过重[1。2]。并且在飞机刚度规范中，并没有明确给出具体的机翼刚度水平，一收稿日期：2010·03—12；修订日期：2010—06—11通讯作者：丁运亮，男，教授，博士生导师，E—mail：dylae@nuaa．edu．an。第1期任智毅．等：大展弦比复合材料机翼