复合材料T型尾翼结构的优化设计研究

摘要

尾翼是保证飞机稳定性和操纵性的升力面，其结构设计对保证飞机的飞行性能具有重要意义。T型尾翼布局具有良好的结构和气动性能，因此得到了广泛的应用。尾翼结构受力小，整体性好，为复合材料在尾翼上的使用提供了非常有利的条件。利用复合材料的可设计性对T型尾翼结构进行优化设计，可以实现结构强度、刚度、稳定性和重量的最佳综合和优化。
　　本文对某预研机型的T型尾翼结构进行了初步打样设计。分析了T型尾翼结构设计要求和加载情况，选定了水平安定面多墙式和垂直安定面单块式的布局方式，并确定了安定面承力系统的布置形式，对平尾和垂尾进行了初步设计。根据初步设计的结果，采用MSC.Patran/Nastran建立了T型尾翼结构的有限元模型。利用复合材料层合板铺层可设计性的特点，通过合理选取优化变量及约束条件，对初始模型进行了优化，并按照稳定性设计准则，对T型尾翼结构的稳定性进行校核设计。最终的优化结果达到了结构满足设计要求，并且重量得到减轻的目的。
　　对于T型尾翼布局，由于其结构和气动布局的特殊性，其颤振特性比较复杂，平尾上反角及定常升力等常规尾翼可以忽略的参数都会对T型尾翼的颤振速度造成影响。本文分析了一种T型尾翼附加气动力的计算方法，采用Zaero软件中的颤振分析模块，对尾翼优化结构的简化模型进行了颤振分析，并研究了上反角和定常升力对T型尾翼颤振速度的影响，对尾翼进一步设计起到了重要的反馈作用，确保了T型尾翼布局飞机的颤振安全。

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注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 T型尾翼的结构特点

1.3 复合材料的发展及应用特点

1.4 T型尾翼颤振分析方法的发展

1.5 本文的主要研究内容

第二章 T型尾翼结构的初步设计

2.1 T型尾翼结构设计要求

2.2 T型尾翼结构的载荷

2.3 T型尾翼结构受力系统的布局形式

2.4 T型尾翼平尾的初步设计

2.5 T型尾翼垂尾的初步设计

2.6 本章小结

第三章 T型尾翼结构的优化设计

3.1 T型尾翼有限元模型的构造

3.2 T型尾翼有限元模型的静力分析

3.3 T型尾翼的优化设计模型的构造

3.4 T型尾翼的优化设计结果

3.5 本章小结

第四章 T型尾翼结构颤振特性分析

4.1 T型尾翼结构颤振概述

4.2 T型尾翼结构颤振的分析方法

4.3 T型尾翼颤振计算的有限元模型及计算结果

4.4 T型尾翼结构的颤振影响因素分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 进一步的工作

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文