[發明專利]一種復合材料進氣道的優化設計方法

有效

• 申請號: 201710731095.8
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107563033B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 馮玉龍;杜發喜;方雄;陳曉峰;李宇飛;楊瑩
• 申請（專利權）人: 成都飛機工業（集團）有限責任公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F111/06
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙) 51228
• 代理人: 張鳴潔

本發明公開了一種復合材料進氣道的優化設計方法，涉及無人機復合材料進氣道結構設計領域，包括以下步驟：S100.將進氣道分為若干段，段數用N表示；S200.將步驟S100中第N段進氣道根據加強筋數量分為若干種情況，根據約束條件對每種情況下的進氣道的結構尺寸進行優化，得到使第N段進氣道的重量最小時的截面尺寸；S300.根據步驟S200中截面尺寸，設計出所有滿足工藝條件的復合材料的鋪層順序方案；S400.對步驟S300中每一種復合材料鋪層順序方案建立仿真計算模型，在滿足約束條件的結果中，選擇使進氣道重量最輕的鋪層順序方案。本發明通過將進氣道分為若干段，每段采用相同的設計方法，實現簡化設計過程，縮短計算周期的效果。

技術領域

本發明涉及無人機復合材料進氣道結構設計領域領域，具體的說，是一種復合材料進氣道的優化設計方法。

背景技術

目前無人機的復合材料進氣道結構優化設計方法主要有兩種，第一種方法是以工程經驗為基礎，設計進氣道結構布局型式，設計完成后對進氣道結構做仿真計算，根據計算結果調整結構尺寸和鋪層順序。第二種方法是將進氣道結構布局、結構尺寸和復合材料鋪層參數作為獨立的設計變量，建立一個循環迭代計算流程，首先對初始結構進行仿真分析，根據分析結果調整所有設計變量值，然后重復計算，在滿足設計要求的情況下，以重量最輕為目的不斷調整設計變量值，最終得到滿足設計要求的最優結果。

第一種優化設計方法完全根據工程經驗確定結構布局型式，設計出來的進氣道結構重量完全取決于設計人員的技術水平。并且設計結果通常比較保守，會使進氣道結構重量偏大，降低無人機的飛行性能。

第二種優化設計方法能夠在最大程度上降低進氣道結構重量，但是以整個進氣道作為研究對象，設計過程復雜，計算周期很長。這種優化方法一般用于相關領域的學術研究，不適合在實際的工程設計上運用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合材料進氣道的優化設計方法，用于解決現有技術中以整個進氣道作為研究對象，設計過程復雜，計算周期長的問題。本發明通過將進氣道分為若干段，每段采用相同的設計方法，實現簡化設計過程，縮短計算周期的效果。

本發明通過下述技術方案實現：

一種復合材料進氣道的優化設計方法，包括以下步驟：

S100.將進氣道分為若干段，段數用N表示；

S200.將步驟S100中第N段進氣道根據加強筋數量分為若干種情況，根據約束條件對每種情況下的進氣道的結構尺寸進行優化，得到使第N段進氣道的重量最小時，進氣道的結構尺寸；

S300.根據步驟S200中進氣道的結構尺寸，設計出所有滿足工藝條件的復合材料的鋪層順序方案；

S400.對步驟S300中每一種復合材料鋪層順序方案建立仿真計算模型，在滿足約束條件的結果中，選擇使進氣道重量最輕的鋪層順序方案。步驟S100中，進氣道分段的目的在于，簡化計算的數據量，縮短計算時間，提高效率；分段可以按照均勻長度來分，也可以按照進氣道在無人機骨架上的安裝位置來分。步驟S200中，第N段代表的是進氣道上任意一段。將進氣道分段，每一段的設計工作是一樣的，一段進氣道設計出來，其他段只需進行簡單的重復工作即可，減少工作量，提高設計效率。所述約束條件是指進行截面尺寸優化的依據，例如強度條件，剛度條件。由于通過步驟S200計算得到的截面尺寸通常跟復合材料的標準規格尺寸不一致，因此設計復合材料鋪層順序時，應當使鋪層順序后的厚度大于或等于步驟S200中計算的最大截面尺寸。由于滿足約束條件的鋪層順序有多個，因此為得到最優解，需要設計出所有滿足工藝條件的鋪層順序。由于進氣道是一個整體，所以每一段的鋪層順序一致，并且現階段每一層復合材料的鋪層角度只有0度、45度、-45度、90度四種，并且需要遵循復合材料鋪層設計準則，例如整體鋪層須對稱于中性面同時遵循均衡性原則，因此滿足條件的鋪層順序方案僅有4～5種，從而不會增加設計工作量。需要說明的是，相關設計準則在本領域內是現有技術，故在此不一一列舉。