大展弦比复合材料机翼动力学分析

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1、大展弦比复合材料机翼动力学分析:针对结构非线性对大展弦比机翼动力学特性影响很大的问题，使用MSCPatran和MSCNastran软件进行存限元建模及分析,将大展弦比机翼建成薄壁盒型梁模型.研究大变形对机翼动力学特性的影响，比较复合材料盒型梁模型和金属盒型梁模型的计算结果，并讨论复合材料铺层顺序的改变对机翼动力学特性的影响.研宄表明：复合材料机翼的各阶固有频率明显高于铝合金机翼；铺层顺序会影响复合材料机翼的固存频率.关键词：大展弦比机翼；复合材料；盒型梁；存限元；MSCPatran;MSCNastran:V211

2、.47;0241.82ADynamicanalysisonhighaspectratiocompositewingWANGHongwei,YANGMao(SchoolofAstronautics,NorthwesternPolytechnicalUniv.,Xi'an710072,China)Abstract:Withtheissuethatstructuralnonlinearityhasgreateffectondynamiccharacteristicsofhighaspectratiowing,thefi

3、niteelementmodelingisbuiltforhighaspectratiocompositewingbyusingMSCPatranandNastran,whichismodeledasathin-walledboxbeam.Theeffectsoflargedeflectionsondynamiccharacteristicsofwingarcstudied.Thecomputationresultsofcompositeboxbeammodelarecomparedwithmetalboxbea

4、mmodel.Theeffectsofplysequenceofcompositeondynamiccharacteristicsarealsodiscussed.Theresultsindicatethatthenaturalfrequencyofcompositewingarehigherthanthatofaluminumalloywing,andplysequencecaninfluencethenaturalfrequencyofcompositewing.Keywords:highaspectrati

5、owing;composite;boxbeam;finiteelement;MSCPatran;MSCNastran0引言高空长航时飞行器在长期侦察监控?环境监测和通信中继等军民两用方面具右非常广阔的发展前景，因此受到世界各国越来越多的重视，现已成为各国重点发展的武器装备之一.采用大展弦比机翼布局形式的飞行器因具有高升阻比特性，所以留空时间长?航程远.因此，高空长航时飞行器大多数采用大展弦比机翼布局形式，并普遍使用轻质？高比强度和高比刚度的复合材料结构.大展弦比和柔软的机翼导致飞机在正常飞行条件下机翼产生相当大的

6、变形（翼尖位移可达半展长的25%）.在气动载荷作用下，大展弦比机翼会产生较大变形;而大变形又对气动载荷秉新分布和全机性能影响很大.这种气动/绍构稱合的特点使飞行器飞行速度受到限制，飞行品质受到影响，机翼的自然频率和机翼的气动弹性特性产生明显变化.大展弦比机翼显著的几何非线性特征和复合材料的各向异性特性，使一般的线性气动弹性分析不能得到比较精确的结果.［1,2］0.1国内研究现状由于缺乏型号支持，国内对大展弦比机翼气动弹性研究起步较晚，在理论研究和实际工程应用上与国外先进技术有一定差距.国内在大展弦比机翼动力学和气

7、动弹性分析方面的理论研究主要集中在结构设计?结构几何非线性的影响?气动弹性分析与优化以及气动弹性剪裁上.对于大展弦比复合材料机翼的气动弹性分析主要集中在静气动弹性分析和颤振分析［3-7］上,很少进行动态响应分析.并且，国内多数研宄［4］或使用线性结构模型及气动模型，或没有考虑复合材料机翼的刚度耦合问题.建立结构模型时多使用MSCNastran软件［3-6］;建立气动模型时多采用二维Theodorsen非定常理论结合气动片条理论［3_5］，虽然THE0D0RSEN在20世纪早期就提出该理论，但H前国内外很多分析仍在

8、使用该理论进行气动建模;在计算非定常气动力时多采用亚音速偶极子格网法［3-5］,有的还采用CFD/CSD方法［7］;在颤振分析时多使用V-g法和p_k法，而p-k法更适合在颤振速度优化时使用［5］.另外，国内研究［3-7］主要针对详细设计的校验以及识别主要参数的影响，采用试验模型修正，对大展弦比复合材料机翼颤振物理特性研究还不够，不能更好地指导初步设计.0.2国外研究现状