超声速飞机复合材料机翼热结构分析及优化设计研究

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1、中图分类号：V214.1论文编号：102870118-S161学科分类号：082501硕士学位论文超声速飞机复合材料机翼热结构分析及优化设计研究研究生姓名丁宇学科、专业飞行器设计研究方向复合材料结构设计指导教师叶强讲师南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringThermalstructuraldesignandoptimiz

2、ationofacompositewingonhignsupersonicaircraftAThesisinFlightVehicleDesignbyDingYuAdvisedbyLecturerYeQiangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018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

3、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超声速飞机作为航空工业的重要的发展方向，对国家的国防安全举足轻重，研究超声速技术已经成为各航空军事大国重点发展的国家战略。本文以某型超声速飞机机翼波纹板蒙皮结构为研究对象，由于该超声速飞机

4、巡航马赫数为3.0，飞行阶段会产生严重的气动加热问题，热载荷作为超声速飞行器结构设计的一种载荷，在结构强度设计中必须考虑。本文运用了数值模拟技术，分析验证了波纹板蒙皮可在其布置方向上缓解热应力，验证了褶皱蒙皮结构可在其布置方向上降低节点力方面的作用。为达到降低机翼结构重量的目标，以超声速飞机机翼金属蒙皮结构的热屈曲特征值为约束，使用python语言编写了基于响应面的优化算法对波纹板的几何参数作了结构优化设计。优化得到的模型，相比于初始的机翼蒙皮模型的结构重量降低了18.4%。复合材料具备轻质，比强度、比刚度高等

5、优点，采用复合材料可以明显减轻机翼蒙皮结构的重量。根据所加载的翼盒载荷条件和工作温度，本文选择了具有优良的热稳定性能的复合材料T300/KH-304，在第三章优化基础上用复合材料替代金属材料对超声速机翼蒙皮和波纹板进行铺层，并对复合材料层合板进行了铺层厚度优化使蒙皮满足稳定性要求，进一步减轻了机翼蒙皮结构重量，得到了蒙皮和波纹板层合板各角度层的铺层数。使用遗传算法对机翼蒙皮和波纹板层合板的铺层顺序作了优化，提高了蒙皮结构承受热屈曲载荷的能力。最后，对蒙皮和波纹板层合板的静力强度进行了校验。关键词：复合材料，超声

6、速飞机，热载荷，响应面法，铺层优化，遗传算法优化I高声速飞机复合材料机翼热结构分析及优化设计研究ABSTRACTHighsupersonicplaneasanimportantdevelopingdirectionofaviationindustryplaysanimportantroleonnationaldefensesecurity.Hypersonictechnologyhasbecomeanationalstrategythatmanypowerfulnationinaviationmilitarya

7、ttachegreatimportanceto.Ahighsupersonicwingpanelwithcorrugatedplatestructureischoseastheresearchobject.BecausetheMachnumberofthishighsupersonicaircraftwhilecruisingis3.0,seriousaerodynamicheatingproblemsariseintheflightphase.Thermalloadinthesupersonicaircraf

8、tstructuraldesignmustbeconcernedinthestructuraldesign.Byusingnumericalsimulationtechnology,thewingpannelisverifiedtoalleviatethethermalstressonthearrangementdirection.Itisverifiedthatthecorrugat