机翼非线性气动弹性优化设计

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1、----NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringNonlinearaeroelasticoptimizationdesignofwingAThesisinEngineeringMechanicsbyWanZhongAdvisedbyProf.HanJingLongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2011----

2、--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：------南京航空航天大学硕士学位论文摘要几何非线性是大展弦比机翼的一个典型特征，在其气动弹性分析中，传统的基于小扰动的线性分析方法已不再适用，必须采用非线性气动弹性分

3、析技术。本文借助于多学科优化设计平台ISIGHT，对NASTRAN与MATLAB进行集成，提出了一种大展弦比机翼非线性气动弹性分析计算方法。它们可由以下步骤组成：1）在给定的飞行条件下进行非线性静气动弹性变形计算，通过迭代求得其静平衡位置；2）在此位置对系统进行线化和线化后的模态分析，根据所选分析类型（静态发散或颤振）输出数据；3）将2）中输出的数据通过DMAP语言引入到NASTRAN的气动弹性分析序列中；4）将3）中求得的动压值与前一步动压进行比较，设定收敛指标，通过迭代得到机翼的非线性气动弹性特性。经算例证明，本方法能有效的计及结构几何非线性对机翼气动弹性特性的影响，并能实现自动求解，具

4、有较好的工程适用性。利用该方法分别对不同算例进行了静气动弹性分析与颤振分析；并进一步探讨了不同初始攻角下几何非线性对机翼颤振速度的影响。采用上述方法，结合ISIGHT软件自身优化功能，在不改变机翼结构重量的前提下，以机翼蒙皮铺层角度为设计变量，以机翼非线性颤振速度为优化目标，实现了对大展弦比机翼的非线性气动弹性剪裁设计，通过算例说明了复合材料层合板的铺层角度对机翼非线性颤振速度的影响。关键词：几何非线性，气动弹性，颤振，大展弦比机翼，优化设计本文论文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。i---机翼非线性气动弹性优化设计ABSTRACTGeometricnonlinearityisat

5、ypicalcharacteristicofhigh-aspect-ratiowing.Thetraditional aeroelasticanalysismethodbasedontheassumptionofsmalldisturbanceisnolongerapplicable.Itis necessarytohavenonlinearaeroelasticanalysis.ThispaperbasedonthemultidisciplinarydesignoptimizationplatformISIGHTintegratedwith NASTRANandMATLAB,present

6、sanonlinearaeroelasticanalysismethodforthehigh-aspect-ratio wing.Theycanbecomposedofthefollowingsteps:1)giventheflightconditionsforthenonlinear staticaeroelasticsdeformationcalculation,thestaticequilibriumpositionofhigh-aspect-ratiowingis obtainedthroughiteration.2)linearizethesystemandcarryoutthel

7、inearizedmodelanalysisatthis location.Accordingtotheselectedtypeofanalysis(staticdivergenceorflutter),outputthedate.3)take thedateoutputbythepreviousstepintoNASTRAN′aeroelasticsolvingsequencethroughDMAP lan