多学科优化下的飞机重量设计方法研究

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1、学术论文RESEARCH多学科优化下的飞机重量设计方法研究鲁樊目甲(中航通飞研究院有限公司，珠海519040)【摘要】随着航空技术的不断更新发展，传统的重量设计方法由于未考虑新技术带来的减重效益，已逐渐暴露出不足之处。为探索新形势下的重量设计方法，分析了几种先进技术对飞机轻量设计的影响，初步建立了基于多学科优化下的飞机重量设计模型，并进行了可行性探讨。关键词：质量设计；多学科优化；主动控制DesignMethodResearchofAircraftWeightofMultidisciplinaryOptimizationLUPan(ChinaAviationIndustryGenera

2、lAircraftInstituteCo．，Ltd．，Zhuhai519040，China)IABSTRACT】Withthedevelopmentofaviationtechnologyconstantlyupdated，theweightoftraditionaldesignmethoddoesnotconsidertheweightlossbenefitsbroughtbynewtechnology,whichhasbeengraduallyexposedtheshortcomings．Astheweightofthedesignmethodofthenewsituation，t

3、hearticleanalyzestheeffectsofseveraladvancedtechnologyofaircraftweightdesign．Itbuiltthedesignmodelbasedontheweightofaircraftmultidisciplinaryoptimizationandhasafea—sibilitystudy．Keywords：Weightdesign；Multidisciplinaryoptimization；ActivecontrolsDohl0．16080匀．issnl671-833x．2016．1／2．104随着航空科学技术的快速发展

4、，先进的飞机设计技术不断涌现，各学科间的传统划分已逐渐被打破，多学科优化设计在飞机设计中的应用已成为新机研制的支撑点。它在提升飞机综合性能的同时，对减轻飞机质量产生了一定的影响。加之传统的飞机质量设计方法在航空科学技术快速进步的环境下，也逐渐暴露出不足之处。因此，需要结合航空技术的发展，对飞机的质量设计方法进行研究，打破传统设计思路，进行多学科优化设计下的飞机质量设计。1先进技术对飞机重量设计的影响1．1结构有限元优化设计在飞机设计中，有限元法主要应用于结构强度分析、结构优化设计、结构动力学分析等。在结构优化设计中，有限元法可以进行最小质量的结构优化设计⋯。利用已有的MSC．NASTR

5、AN、ANSYS等软件，可以对飞机的结构布局、结构尺寸进行优化设计【2l，同时可以通过对不同材料的选择，进一步优化设计，得到最优的结构布局和结构尺寸设计方案，从而达到结构最轻设计。1．2主动柔性变形机翼技术】04航空制造技术·2016年第1／2期传统的机翼设计，由于各操纵面的刚度(包括作动器)与机翼不同，在气动弹性作用下操纵面产生相反变形，实际气动效果较差，要保证操纵面刚度就会增加结构质量。主动柔性机翼的设计思想是打破原来的“减小变形”结构设计原则，提出旨在大大降低机翼弯曲刚度和扭转刚度的新“柔性翼”设计思想，在前后缘多个操纵面协调偏转时，使机翼产生所期望的弯曲和扭转弹性变形，从而显著

6、改善机翼效率。主动柔性机翼与传统的变弯度机翼相比，结构更轻、部件更少而性能更好，可以大大降低刚度，简化结构设计，减轻结构重量。有关资料显示，在F一16战斗机和F一18战斗机上的主动柔性机翼改进试验表明，结构质量分别降低了25％和52％，而操纵控制效率却提高了10％。随着新型复合材料的发展和应用，可望未来会出现全柔性的机翼，在提高飞机性能控制的同时，也将使飞机的结构质量更轻。1。3颤振主动抑制飞行器颤振是由于飞行器结构(如翼面和舵面等)振动变形与由此而产生的非定常气动力相互耦合作用而产生。RESEARCH学术论文传统的颤振抑制采用加强结构部件刚度或配重的方法，结果增加了飞机质量。颤振主动

7、抑制技术是把结构、非定常气动力和伺服控制系统联系在一起的一种控制方法。图1所示为颤振主动抑制系统示意图，南加速度计等传感器测得飞机颤振加速度和速度，将信号传给计算机或微处理控制器，由最优控制律给出反馈控制信号，再由放大器将信号传递给伺服装置，作用于舵面，改变机翼的非定常气动力和结构气动弹性耦合效应，以抑制机翼颤振。采用颤振主动抑制技术可以代替传统的加强结构部件刚度或配重的方法，从而减轻飞机的结构质量。图1颤振主动抑制系统示意图Fig．1Diag