[发明专利]复合材料机翼气动弹性剪裁方法及其遗传/敏度混合优化方法无效
申请号: | 201310479086.6 | 申请日: | 2013-10-14 |
公开(公告)号: | CN103678763A | 公开(公告)日: | 2014-03-26 |
发明(设计)人: | 万志强;王斌团;刘超;肖飞;孙晓红;杨超 | 申请(专利权)人: | 北京航空航天大学;中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 |
主分类号: | G06F17/50 | 分类号: | G06F17/50 |
代理公司: | 北京金恒联合知识产权代理事务所 11324 | 代理人: | 李强 |
地址: | 100191*** | 国省代码: | 北京;11 |
权利要求书: | 查看更多 | 说明书: | 查看更多 |
摘要: | |||
搜索关键词: | 复合材料 机翼 气动 弹性 剪裁 方法 及其 遗传 混合 优化 | ||
技术领域
本发明涉及一种遗传/敏度混合优化方法,和基于该方法的民机复合材料机翼的气动弹性剪裁方法,属于航空飞行器的运算方法与结构设计领域。
背景技术
随着飞机结构设计技术的发展,大中型飞机结构设计采用先进复合材料结构成为必然主流趋势。复合材料具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性、抗腐蚀性、强可设计性等一系列优点。大中型运输类飞机大多采用的大展弦比机翼,其结构柔性较大,为了满足刚度设计要求,具有明显重量优势的复合材料机翼的气动弹性设计已经成为大型飞机机翼结构设计的热点问题。在新一代大中型民用运输类飞机上复合材料的用量与日俱增,尾翼、机翼中央翼盒、机身等主要承力结构,用量已经达到50%,取得了明显减重效果,延长了机体寿命。如波音777先进复合材料用量9.9t,占总重的10%左右。空客A300系列飞机的先进复合材料用量也达到15%左右。大展弦比机翼结构设计大量采用复合材料,不仅仅可以大幅度提高飞机机翼的结构效率,而且通过适当的剪裁设计可以最大限度地利用气动弹性效能以提高飞机的总体性能。
同时,大展弦比带后掠机翼突出的弯扭耦合特性,使得机翼在高亚音速飞行条件下翼尖的弯曲扭转变形增大,气动弹性效应显著,继而导致副翼效率下降明显,颤振问题严重。因此,通常需要在设计过程中使用气动弹性优化方法对设计方案进行反复综合和折衷,以便能够针对大展弦比机翼类飞行器气动弹性特性上的特殊性和复杂性,提高设计效率和/或使设计满足气动弹性的性能要求。
发明内容
因此,本发明人提出一种民航飞机复合材料机翼的气动弹性剪裁设计技术,其能够在满足颤振、发散、固有频率、变形、副翼效率、强度、飞行载荷以及重量等多种要求下,实现并优化结构的剪裁设计。
根据本发明的遗传/敏度混合优化方法具有多学科优化功能,可用于机翼、尾翼或整机的结构优化。该软件在满足颤振、发散、固有频率、变形、副翼效率、强度、飞行载荷以及重量等多种要求下,进行结构优化设计;在结构型式不变地前提下,也可以进行适当的外形优化设计。优化设计结果可以作为飞机结构布局设计和详细设计的参考。目前版本的NASTRAN可以支持以下分析学科:静力学、正交模态、屈曲、直接法频率响应、模态频率响应、模态瞬态响应、静气动弹性、气动弹性颤振、直接法复特征值与模态复特征值,这些均可以作为该软件的约束。适合复合材料飞机的气动弹性问题。复合材料具有独特的优点,但结构模型元素多,结点多,模型建模或修正较为繁琐。该方法适用于大量设计变量(元素)情况,且计算与收敛速度快,适合复合材料的气动弹性优化设计。
基于遗传/敏度混合优化方法的复合材料剪裁设计技术可以充分利用遗传算法和敏度算法的优势,在满足颤振、发散、固有频率、变形、副翼效率、强度、飞行载荷以及重量等多种要求下,实现结构的剪裁设计。
附图说明
图1是遗传/敏度混合优化方法流程图
图2是遗传/敏度混合优化方法调用NASTRAN部分流程图
图3是复合材料机翼有限元模型
图4是优化后的复合材料机翼上蒙皮厚度分布示意图
图5是优化后的复合材料机翼下蒙皮厚度分布示意图
具体实施方式
复合材料机翼的气动弹性剪裁的一个关键,是选择合理有效的气动弹性优化方法。
根据本发明的一个方面,提供了一种遗传/敏度混合优化方法,并提供了基于该优化方法的复合材料机翼的气动弹性剪裁方法。
在根据本发明的一个实施例的复合材料机翼的气动弹性剪裁方法中,通过气动弹性优化的方式来实现机翼的气动弹性剪裁,而气动弹性优化属于优化问题的一种,是通过遗传/敏度混合优化方法来进行求解的。在本发明中,该优化问题可表述为在ndv维空间中搜索使得目标函数F(v)最小化的一组设计变量,即:
Min. F(v) (1)
S.T. gj(v)≤0 j=1,2,...,nc (2)
vil≤vi≤viu i=1,2,...,nd (3)
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于北京航空航天大学;中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所,未经北京航空航天大学;中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】
本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201310479086.6/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。