[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于工程梁理論的TBW布局飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910565468.8
• 申請(qǐng)日: 2019-06-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110334427B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范周偉;祝雯生;胡京煜;錢(qián)曉強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/23;G06F30/15
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發(fā)明公開(kāi)一種基于工程梁理論的TBW布局飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)分析方法；該方法首先選取合適的參數(shù)對(duì)桁架支撐翼飛機(jī)的機(jī)翼部分(包含主機(jī)翼、斜撐、支撐)進(jìn)行參數(shù)化建模；在建立的三維模型的基礎(chǔ)上，將機(jī)翼盒段沿展向分為若干個(gè)小段，計(jì)算每個(gè)小段的等效剛度。通過(guò)工程梁理論，將主翼和斜撐簡(jiǎn)化為梁模型，將支撐簡(jiǎn)化為桿模型；簡(jiǎn)化后的模型為一個(gè)靜不定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，等效剛度按照展向分布被附加到簡(jiǎn)化模型上；通過(guò)虛力原理，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力大小和結(jié)構(gòu)位移。本發(fā)明為桁架支撐翼飛機(jī)總體設(shè)計(jì)階段的機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量分析提供了快速的計(jì)算方法，彌補(bǔ)了經(jīng)驗(yàn)方法的數(shù)據(jù)缺失以及有限元方法的耗時(shí)太長(zhǎng)等不足。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于工程梁理論的TBW布局飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)分析方法。

背景技術(shù)

桁架支撐翼(Truss-Braced?Wing，簡(jiǎn)稱(chēng)TBW)布局客機(jī)是一種新型布局的客機(jī)。如圖1所示，相較于常規(guī)飛機(jī)，此類(lèi)飛機(jī)在機(jī)翼下方增加了桁架部件，通過(guò)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)部件對(duì)大展弦比的機(jī)翼進(jìn)行卸載，減輕機(jī)翼的結(jié)構(gòu)重量，從而減輕整個(gè)飛機(jī)的重量。同時(shí)由于桁架的作用，TBW飛機(jī)相較于常規(guī)飛機(jī)可以擁有更大的展弦比，從而獲得更高的巡航升阻比，更少的燃油消耗，在經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性上有著更大的優(yōu)勢(shì)。

然而，TBW飛機(jī)作為一種新的布局形式，缺少相應(yīng)的數(shù)據(jù)，無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)估算方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行重量估算。現(xiàn)有的基于工程梁理論的重量估算方法將機(jī)翼簡(jiǎn)化為懸臂梁結(jié)構(gòu)，沒(méi)有將桁架結(jié)構(gòu)考慮到傳力路徑中，無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)TBW布局飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，因此無(wú)法得到準(zhǔn)確的重量計(jì)算結(jié)果。基于有限元方法的重量估算方法需要對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加精細(xì)的建模，耗時(shí)太長(zhǎng)，難以應(yīng)用到飛機(jī)總體設(shè)計(jì)時(shí)的優(yōu)化迭代過(guò)程中。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在計(jì)算精度低、耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于工程梁理論的TBW布局飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)分析方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種基于工程梁理論的TBW布局飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)分析方法，該方法具體包括如下步驟：

步驟1：對(duì)TBW布局飛機(jī)的機(jī)翼部分進(jìn)行幾何建模，定義了機(jī)翼部分的幾何參數(shù)；所述機(jī)翼部分包括：主機(jī)翼、斜撐和支撐；

步驟2：根據(jù)上述的幾何參數(shù)建立TBW布局飛機(jī)機(jī)翼部分的三維幾何模型；

步驟3：根據(jù)機(jī)翼部分的三維幾何模型和幾何參數(shù)確定機(jī)翼部分的盒段，將盒段分割成若干個(gè)小段，計(jì)算每個(gè)小段的等效剛度；從而計(jì)算得到主機(jī)翼、斜撐以及支撐的等效剛度；

步驟4：對(duì)步驟2中機(jī)翼部分的三維幾何模型進(jìn)行簡(jiǎn)化：將主機(jī)翼、斜撐視為梁模型，主機(jī)翼與機(jī)身的連接處視為固支；斜撐與機(jī)身的連接處視為固支；斜撐末端與機(jī)翼的連接處視為鉸支；將支撐視為桿模型，支撐與主機(jī)翼、斜撐的連接處視為鉸支；

步驟5：將氣動(dòng)載荷沿展向施加到主機(jī)翼的梁模型上，并根據(jù)虛力原理，對(duì)簡(jiǎn)化后的模型進(jìn)行受力分析，得到每個(gè)小段的應(yīng)力大小以及結(jié)構(gòu)位移；

步驟6：根據(jù)簡(jiǎn)化后模型的每個(gè)小段的應(yīng)力大小以及結(jié)構(gòu)位移判斷該機(jī)翼設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否合理。

進(jìn)一步的，其特征在于，所述計(jì)算主機(jī)翼、斜撐以及支撐的等效剛度的具體方法為：用垂直于盒段展向的平面將盒段分割為若干個(gè)有限元小段，基于每小段內(nèi)的結(jié)構(gòu)尺寸不變，計(jì)算每小段的等效剛度；從而得到主機(jī)翼、斜撐以及支撐的等效剛度。

進(jìn)一步的，根據(jù)步驟3中各小段的結(jié)構(gòu)尺寸和材料屬性，計(jì)算出機(jī)翼部分的結(jié)構(gòu)重量。

進(jìn)一步的，所述步驟5中具體得到簡(jiǎn)化后模型的每個(gè)小段的應(yīng)力大小以及結(jié)構(gòu)位移的方法為：

將氣動(dòng)載荷沿展向施加到主機(jī)翼的梁模型上，簡(jiǎn)化后機(jī)翼部分的三維幾何模型為一個(gè)靜不定結(jié)構(gòu)，采用單位載荷法，并基于虛力原理將原靜不定結(jié)構(gòu)拆分為兩個(gè)靜定結(jié)構(gòu)，從而得到如下方程組：