飞机结构初步设计快速方法研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文飞机结构初步设计的快速方法研究姓名：张仲桢申请学位级别：硕士专业：飞行器设计指导教师：余雄庆20081201南京航空航天大学硕士学位论文摘要飞行器设计涉及到空气动力学、结构分析、隐身性能分析、推进系统、性能和操稳分析等多门学科，是一个典型的多学科设计优化问题。多学科设计优化技术是新型飞机（例如飞翼式布局飞机）总体设计的重要方法。本文的任务是研究飞翼布局飞机多学科设计优化系统中的结构子系统有关问题。研究内容包括：1）根据飞翼式布局飞机的外形和结构特征，选择一组合适的参数，用来描

2、述复杂的飞机外形和结构特征。根据这组特征参数，自动建立飞翼式布局飞机的参数化的外形模型以及参数化的结构模型。2）在已经生成好的参数化结构模型上，自动划分有限元网格、设置边界条件、施加载荷、定义单元属性，生成结构有限元模型。3）针对飞翼式布局结构优化问题，提出了一种流程简单，可以同时优化结构布局和结构尺寸的二级优化方法。这种方法将优化流程分为结构布局优化和结构尺寸优化两个层次。第一级是结构布局优化，主要任务是优化飞机内部结构件的布置位置和结构件的个数，并将结构传递给尺寸优化；第二级是尺寸优化，根据已有的结

3、构布局，确定每个结构件具体尺寸，并将最终的优化结果返回到布局优化。通过二级之间的迭代，最终可以获得最优的结构布局和结构尺寸组合。4）应用本文方法，对二种飞翼结构（金属和碳纤维复合材料结构）进行了优化计算。计算结果表明，本文方法能够有效地解决飞翼式布局飞行器的结构布局和尺寸优化问题，验证了本文方法可行性和有效性。5）为了使优化结果更加接近实际情况，在尺寸优化的环节中增加了稳定性约束。本文研究成果为最终建立飞翼布局无人机多学科设计优化系统打下了良好基础。关键字：飞翼，参数化建模，结构优化，有限元模型，结构布

4、局，结构尺寸，二级优化I面向飞机结构初步设计的快速（自动化）设计技术ABSTRACTAircraftdesigninvolvesmanydisciplines,suchasaerodynamics,structuralanalysis,lowobservableanalysis,propulsivesystem,performanceandoperationalstability,isatypicalmultidisciplinarydesignoptimization(MDO).MDOisanimpo

5、rtantmethodforconceptualandpreliminarydesignofinnovativeaircraft(asflying-wingtype).Thispaperfocusesonthestructuralproblemwhichisasubsystemofmultidisciplinarydesignoptimizationforaflying-wingaircraftdesign.Themaincontentincludes:1）Accordingthecharacterso

6、ftheflying-wingconfigurationandstructurallayout,theparameterizedgeometricmodels,whichareusedtodescribetheflying-wingshapeandstructurecharacter,arepresented.Basedontheparameterizedgeometricmodels,theCADmodeloftheflying-wingstructurecanbeautomaticallygener

7、ated.2）Thefiniteelementmodelsforthestructureoftheflying-wingareautomaticallygeneratedbymeshingthestructuralmodel,settingtheboundarycondition,addingtheloadanddefiningtheelementproperty.3）Atwo-leveloptimizationapproachforaflying-wingstructuraloptimizationp

8、roblemisproposed.Theapproachissimpleintermsofflowchartandhastheabilitytoconductboththestructurallayoutoptimizationandthestructuralsizeoptimizationsimultaneously.Theapproachisdividedintotwolevelsincludingstructurallayoutopt