超聲速飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼熱結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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1、中圖分類號：V214.1論文編號：102870118-S161學(xué)科分類號：082501碩士學(xué)位論文超聲速飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼熱結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究研究生姓名丁宇學(xué)科、專業(yè)飛行器設(shè)計(jì)研究方向復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師葉強(qiáng)講師南京航空航天大學(xué)研究生院航空宇航學(xué)院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringThermalstructuraldesignandoptimiz

2、ationofacompositewingonhignsupersonicaircraftAThesisinFlightVehicleDesignbyDingYuAdvisedbyLecturerYeQiangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不

3、包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要超聲速飛機(jī)作為航空工業(yè)的重要的發(fā)展方向，對國家的國防安全舉足輕重，研究超聲速技術(shù)已經(jīng)成為各航空軍事大國重點(diǎn)發(fā)展的國家戰(zhàn)略。本文以某型超聲速飛機(jī)機(jī)翼波紋板蒙皮結(jié)構(gòu)為研究對象，由于該超聲速飛機(jī)

4、巡航馬赫數(shù)為3.0，飛行階段會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱問題，熱載荷作為超聲速飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種載荷，在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中必須考慮。本文運(yùn)用了數(shù)值模擬技術(shù)，分析驗(yàn)證了波紋板蒙皮可在其布置方向上緩解熱應(yīng)力，驗(yàn)證了褶皺蒙皮結(jié)構(gòu)可在其布置方向上降低節(jié)點(diǎn)力方面的作用。為達(dá)到降低機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量的目標(biāo)，以超聲速飛機(jī)機(jī)翼金屬蒙皮結(jié)構(gòu)的熱屈曲特征值為約束，使用python語言編寫了基于響應(yīng)面的優(yōu)化算法對波紋板的幾何參數(shù)作了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化得到的模型，相比于初始的機(jī)翼蒙皮模型的結(jié)構(gòu)重量降低了18.4%。復(fù)合材料具備輕質(zhì)，比強(qiáng)度、比剛度高等

5、優(yōu)點(diǎn)，采用復(fù)合材料可以明顯減輕機(jī)翼蒙皮結(jié)構(gòu)的重量。根據(jù)所加載的翼盒載荷條件和工作溫度，本文選擇了具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能的復(fù)合材料T300/KH-304，在第三章優(yōu)化基礎(chǔ)上用復(fù)合材料替代金屬材料對超聲速機(jī)翼蒙皮和波紋板進(jìn)行鋪層，并對復(fù)合材料層合板進(jìn)行了鋪層厚度優(yōu)化使蒙皮滿足穩(wěn)定性要求，進(jìn)一步減輕了機(jī)翼蒙皮結(jié)構(gòu)重量，得到了蒙皮和波紋板層合板各角度層的鋪層數(shù)。使用遺傳算法對機(jī)翼蒙皮和波紋板層合板的鋪層順序作了優(yōu)化，提高了蒙皮結(jié)構(gòu)承受熱屈曲載荷的能力。最后，對蒙皮和波紋板層合板的靜力強(qiáng)度進(jìn)行了校驗(yàn)。關(guān)鍵詞：復(fù)合材料，超聲

6、速飛機(jī)，熱載荷，響應(yīng)面法，鋪層優(yōu)化，遺傳算法優(yōu)化I高聲速飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼熱結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究ABSTRACTHighsupersonicplaneasanimportantdevelopingdirectionofaviationindustryplaysanimportantroleonnationaldefensesecurity.Hypersonictechnologyhasbecomeanationalstrategythatmanypowerfulnationinaviationmilitarya

7、ttachegreatimportanceto.Ahighsupersonicwingpanelwithcorrugatedplatestructureischoseastheresearchobject.BecausetheMachnumberofthishighsupersonicaircraftwhilecruisingis3.0,seriousaerodynamicheatingproblemsariseintheflightphase.Thermalloadinthesupersonicaircraf

8、tstructuraldesignmustbeconcernedinthestructuraldesign.Byusingnumericalsimulationtechnology,thewingpannelisverifiedtoalleviatethethermalstressonthearrangementdirection.Itisverifiedthatthecorrugat