翼面结构有限元模型快速生成及重量估算

摘要

机翼结构重量估算是飞机重量估算的主要内容之一，在飞机总体设计过程中扮演着重要角色。机翼重量估算的准确性会对飞机的飞行安全、性能以及成本产生重要影响，关系着飞机设计的成败。在飞机总体设计过程中，常用的机翼结构重量估算方法主要可以归为两大类：基于统计学的经验方法和基于物理学的理论方法。本文研究了基于参数化建模的有限元方法来计算翼面结构重量，为飞机总体设计阶段估算机翼结构重量提供了一种计算工具。本文的主要研究内容如下：
　　研究了影响机翼结构型式的综合因素，分析了机翼结构型式和相关参数之间的关系，探讨了相对载荷、相对厚度与机翼结构型式之间的关系，并作为机翼初步结构型式选择的判据。
　　研究了机翼翼型、外形和结构主要元件布置的参数化方法，应用CATIA二次开发技术，在VB环境下开发了能根据总体设计参数自动生成机翼 CAD模型的软件，从而实现了机翼结构CAD模型的快速生成。
　　研究了有限元软件Patran的二次开发技术，利用VB语言编写了能自动实现参数化建模、网格划分、单元处理、优化设计等工作的程序。生成PCL脚本程序，完成模型的快速建立及优化分析。并给出了各结构零构件合理的初始尺寸，避免在总体设计阶段应用时过多的人工参与。
　　通过算例，完成了不同结构型式的机翼根据总体设计参数自动建立几何模型，执行有限元分析及优化，并计算出机翼结构重量的过程。通过算例表明，本文研究的基于参数化建模的有限元方法，简单快速，估算结果精度较高，适用于飞机总体设计阶段，亦可方便的集成到飞机的多学科优化流程中。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2机翼结构重量估算的意义

1.3机翼结构重量的估算方法

1.4机翼结构的参数化建模方法

1.5本文研究内容

第二章 机翼结构选型方法

2.1机翼的主要结构型式及选择方法

2.2相关参数说明及计算

2.3小结

第三章 机翼结构定义及参数化建模方法

3.1 CATIA及其二次开发方法介绍

3.2机翼参数化建模

3.3机翼结构几何模型生成软件

3.4小结

第四章 机翼有限元模型快速生成方法

4.1 Patran/Nastran及其二次开发方法介绍

4.2机翼有限元建模流程

4.3机翼有限元模型快速生成工具

4.4小结

第五章 基于结构优化的重量估算

5.1大展弦比后掠机翼的结构优化及重量估算

5.2小展弦比机翼的结构优化及重量估算

5.3小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文