基于微分求积法的高超声速机翼蒙皮颤振研究

机翼蒙皮在高超声速气流中会发生颤振等气动弹性问题,破坏结构。引入微分求积方法,可以有效地分析机翼蒙皮的颤振问题。将机翼蒙皮等效成薄板,基于一阶活塞理论,根据克希霍夫假设及弹性理论建立蒙皮的气动弹性偏微分方程,采用微分求积法将偏微分方程离散为常微分方程,并根据频率重合理论对颤振问题进行求解。得到的颤振速度与有限元方法计算结果进行比较,误差为0.58%,验证了微分求积法在求解颤振偏微分方程时的有效性。分析了蒙皮面积、厚度、纵横比等不同参数对蒙皮颤振速度的影响。结果表明,颤振速度随蒙皮面积的增大而减小,随纵横比、厚度的增大而增大。

基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算方法

针对传统的载荷标定方程计算机翼蒙皮载荷精度低的问题,提出了一种基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算新方法。考虑真实机翼蒙皮受力复杂,首先建立了机翼蒙皮试验件模型,使用Ansys仿真软件对试验件进行有限元分析,获得应变与载荷仿真数据,并对仿真数据进行数据清洗与预处理;其次,构建深度神经网络模型,将应变与载荷作为神经网络模型的输入与输出值,采用Adam算法优化提出的载荷计算模型;最后,在测试集上对载荷值进行预测,使用平均相对误差与绝对值差作为评价指标。实验结果显示,基于深度学习的载荷计算方法在小载荷数据上平均绝对误差为0.081 N,在正常载荷数据上的平均相对误差为0.0638%;与传统载荷计算方法比较,本文提出的新方法计算的载荷精度明显优于传统方法。

机翼蒙皮铺层顺序和材料布局协同优化

为了实现机翼蒙皮的轻量化和减振设计,将混杂复合材料引入到机翼蒙皮中,提出了机翼蒙皮铺层顺序和材料布局协同优化设计方法。将机翼蒙皮的铺层顺序和材料布局作为优化设计变量,建立了以成本为约束,蒙皮质量和位移最小化、频率最大化为目标的协同优化模型,利用搭建的通用化机翼蒙皮优化设计框架,使用非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)实现了蒙皮内部结构的优化设计。与铝合金机翼蒙皮、初始结构方案蒙皮的性能对比表明,协同优化后的机翼蒙皮结构在不增加成本的条件下,综合性能显著提高,验证了方法的有效性。

自动铺带技术在复合材料机翼蒙皮的应用

对某型机复合材料机翼蒙皮的结构、材料进行分析,制定了某型机机翼蒙皮的铺带制造工艺方案。通过精确铺放控制设计、同向铺带与交叉异向铺带设计、自动铺放与激光投影、自动下料技术配合使用,成功将铺带机技术应用于某型机复合材料机翼蒙皮的制造,制造出的机翼蒙皮,其无损检测内部质量合格,铺带间隙和表面质量满足设计要求,为铺带机技术在复合材料铺带的应用奠定了坚实的基础。

基于V形沟槽的机翼蒙皮减阻特性仿真分析

为减少飞机飞行阻力、提高气动效率,基于微沟槽减阻理论,对机翼蒙皮进行微沟槽设计和减阻特性分析。应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,对不可压缩流下的纵、横向微沟槽进行模拟。选取k-ωSST湍流模型,通过分析V形沟槽边界层区域的流动特征,探究不同尺寸V形沟槽的减阻特性与减阻机理,对横向V形沟槽的数量与位置进行优化设计。仿真结果表明,随着沟槽尺寸和迎角减小,减阻率增大,纵向沟槽最大减阻率可达9.31%,横向沟槽减阻率最大可达7.35%,优化后的沟槽减阻率提高了1.39%。

应用遗传算法优化设计机翼复合材料蜂窝夹层结构蒙皮

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约束条件。然后,通过优化设计得到了最佳的蒙皮复合材料结构铺层方案。最后,通过有限元分析及静力试验验证了复合材料蜂窝夹层结构蒙皮设计的合理性。试验结果表明:左、右机翼翼梢的最大变形分别为116.02mm和105.36mm,小于性能要求的180mm。探伤测试显示机翼复合材料结构没有出现损坏,满足机翼结构的工程指标要求。此机翼结构的无人机已成功完成了首飞试验,验证了设计结果的可信及工程可用性。

用于变体机翼的波纹式纤维增强复合材料蒙皮基体变形特性研究

提出了一种圆弧波纹式纤维增强复合材料蒙皮结构,用以满足变体机翼蒙皮连续光滑大变形以及高承载能力的需要。建立了波纹式蒙皮基体结构拉伸变形力学模型并导出了蒙皮的等效弹性模量表达式。制备了平板型和波纹型复合材料蒙皮试验样件,并进行了样件拉伸试验。理论分析和实测结果表明,在弹性范围内,圆弧波纹型蒙皮基体结构具有远大平板蒙皮结构的拉伸变形能力。拉伸变形量与波纹数成正比,与比厚度的3次方成反比,而等效弹性模量近似地与比厚度的3次方成正比。实验结果证明了理论模型是有效可靠的。

机翼蒙皮壁板气动弯折外形的成形

介绍了机加厚蒙皮类型机翼壁板气动弯折外形的成形原理、方法及其发展，着重介绍了目前飞机制造中普遍采用的喷丸成形方法。

复材机翼蒙皮多点柔性成型质量分析

为提升复材机翼蒙皮柔性成型质量,本工作探寻了不同厚度、不同种类压痕抑制垫与复材机翼蒙皮成型质量间的作用规律。结果表明:当硅胶厚度为2.0 mm时,复材机翼蒙皮表面的压痕完全消失,其平均型面误差不高于1.36 mm,较无压痕抑制垫柔性成型蒙皮件型面误差降低26.88%;当丁腈橡胶厚度为1.5 mm时,复材机翼蒙皮表面的压痕完全消失,其平均型面误差不高于0.87 mm,较无压痕抑制垫柔性成型蒙皮件的平均型面误差降低53.23%。本研究揭示了材质较软的压痕抑制垫能够有效抑制压痕和减少型面误差,提高复材构件型面成型质量;压痕抑制垫厚度过大,会导致纤维复材机翼蒙皮型面偏差增加。本工作为航空复材机翼蒙皮柔性成型积累了基础数据。

复合材料机翼上蒙皮仿真分析与补强

根据某无人机机翼的气动外形,采用壳单元模拟复合材料机翼上蒙皮,建立了该机翼的有限元模型,得到其在最严重工况下的有限元分析结果。以应变为判断标准,有限元分析结果表明,在靠近翼根处上蒙皮受力严重,应变过大。为减小上蒙皮应变,通过增加复合材料铺层的方法对上蒙皮进行补强,并对补强后的上蒙皮进行有限元分析,结果表明,补强后上蒙皮的应变降低,满足设计要求。

复合材料结构机翼表面残冰的近红外多光谱检测

提出了一种新的近红外多光谱检测法对碳纤维复合材料结构机翼表面的残冰进行检测。建立了该方法的理论模型并进行了实验验证。首先,根据冰与水和除冰液在不同红外波段下具有不同反射光谱特性,提出了用于残冰检测的理论算法。然后对参考通道,低通道及高通道所测图像的灰度值进行比较分析,总结得到了判断机翼蒙皮上残冰存在的对比度阈值C。最后,分析了误差可能产生的区间及消除方法。实验结果表明,对于白色涂层的复合材料结构蒙皮,当C>0.03时,就可以断定结构表面上存在残冰;当C<0时,可以断定表面上肯定没有冰;当C处于0～0.03时,为安全起见需要对蒙皮进行二次检查以消除不确定因素产生的误差。而对于其他颜色涂层蒙皮的残冰检测,要根据不同的颜色设定不同的对比度阈值C。本研究证明了可以将冰与水的近红外反射光谱差异特性应用到以复合材料结构为机翼蒙皮的残冰检测中。

飞机蒙皮厚度连续变化要求下的结构强度优化设计

基于有限元法,提出了使用满应力设计方法对飞机蒙皮厚度进行优化设计。首先基于满应力法对各个单元厚度进行迭代更新,接着考虑蒙皮厚度的连续性要求,应用邻近单元厚度加权平均法对单元的厚度进行修正。在进行厚度加权平均后,对单元厚度进行整体修正来保证蒙皮厚度分布满足应力约束条件。该方法同时适用于金属蒙皮与复合材料蒙皮。数值算例验证了该方法的可行性和有效性。

波纹蒙皮结构屈曲性能研究

对两种加强槽的波纹蒙皮结构的屈曲性能进行了分析,讨论了加强槽的半径(宽度),加强槽深度,加强槽个数对临界屈曲载荷的影响,并对加强槽槽间距以及加工可行性对加强槽各个参数的取值约束进行了分析。分析结果表明,临界屈曲载荷随加强槽深度增加而增加。当加强槽深度一定时,存在一个加强槽半径(宽度)临界曲线,当处于该临界曲线左侧时,临界屈曲载荷随半径增加而增加,反之减小。当加强槽半径和深度一定时,存在一个加强槽个数的临界曲面,当处于该曲面下侧时,临界屈曲载荷随加强槽个数增加而增加。

电热防冰过程中复合材料机翼传热数值分析

为对含有电热防冰系统的机翼复合材料蒙皮层温度分布进行数值分析,采用欧拉法计算了机翼外表面水滴局部收集系数,采用边界层积分法计算了表面对流换热系数。建立了含内热源的三维各向异性导热模型,采用控制容积积分法推导出物体坐标系下的全隐离散方程。计算得到了防冰表面温度曲线,与相关文献中的实验结果有较好的一致,计算对比复合材料采用不同铺层方向时的结构温度场。计算表明,纤维方向沿翼弦方向时,利于热量在翼弦方向扩散,温度分布较为均匀。

“撷抗式”SMA驱动器的设计及在变厚度机翼中的应用

本文首先利用形状记忆合金的主动变形性能,设计了一种能够主动变形、可往复驱动的"撷抗式"SMA驱动器,然后利用该驱动器驱动调节机翼蒙皮改变弧高,进而改变机翼厚度,实现了变厚度机翼的设计。

三角翼飞机气动压力测量试飞技术研究

回顾了气动压力测量技术的国内外发展现状 ,介绍了三角翼表面压力飞行试验测量技术、试飞总体方案及实施方法 ,并对飞机试验情况进行了简述。给出了不同速度下飞机机翼表面压力分布试飞结果和飞机活动翼面的压力分布测量结果。试飞结果表明 ,机翼蒙皮直接改装测量孔和测压带方法均能有效测量机翼表面压力分布。

平面薄膜在内压作用下的大变形分析

建立了平面薄膜在内压作用下的非线性基本方程 .用能量法求解了矩形平面薄膜的近似解 .用解析法求得了无限长条平面薄膜的精确解 ,并与能量法的近似解以及忽略面内分压力的解析解进行了比较 .

从A350XWB看大型客机的选材方向

空客公司认为,A350XWB的选材少了一些教条主义,目的是充分发挥各种材料的优势。在结构材料中,复合材料的结构重量高达53%、包括铝锂合金在内的铝合金占19%、钛合金占14%、钢占6%,其他8%。复合材料主要用于机翼蒙皮、桁条及翼肋,在机身上主要用作蒙皮、机身骨架、隔框及大梁,平尾及垂尾也由复合材料制成。A350XWB的地板梁、翼肋及起落架舱门用铝及铝锂合金制造,钛则主要用作发动机吊挂、连接件以及起落架材料。

用先进的技术和设备装备航空制造业

经过20多年的发展,辛辛那提复合材料加工设备全球市场占有率达80%,其中铺带机销量逾40台,有15个不同用户。这些设备主要用于生产机身零部件、机翼蒙皮、发动机进气罩、机头、垂尾和平尾等。

奥地利有色金属公司向空客公司提供航空铝板

奥地利有色金属公司（AMAG Austria MetallAG）于2013年与欧洲航空防务公司（EADS）签订一份多年航空铝板供应合同，用于制造空客公司生产的各种飞机的结构件，如机身、机翼蒙皮。