联结翼复合材料机翼结构优化设计与重量特性分析

摘要

联结翼布局飞机可以被定义为由上反角的后掠前翼和下反角的前掠后翼联结在一起形成菱形框架结构的飞机。作为一种飞行器创新布局，联结翼飞机具有较轻的重量、较高的刚度、较小的诱导阻力和较大的升力系数等优点，是兼顾气动性能和结构效率折衷方案的一种较佳的布局型式。
　　 联结翼机翼结构由于前后翼存在耦合作用，使结构的优化设计变得比较复杂。目前对于联结翼的研究，探讨与总体布局相关的工作较多，而对结构细节设计方面的研究较少，且大多是金属结构，复合材料结构很少。本文采用分步实现的优化策略，进行了在多种工况和不同约束条件下联结翼复合材料机翼结构优化设计，探讨了刚度分配和有关参数对于机翼结构重量的影响。
　　 本文提出分步实现的优化策略。首先，在应力、应变和位移约束下，以结构重量最轻为目标，进行优化设计，确定蒙皮的铺层尺寸；第二步：优化设计梁的缘条和长桁的尺寸，使整个机翼结构既满足强度和刚度要求，又满足稳定性要求。
　　 采用分步优化设计的策略，分别研究了联结板高度、联结刚度、许用翼尖扭转角、稳定性以及蒙皮0度层方向角对结构重量的影响。