[发明专利]一种复合材料进气道的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种复合材料进气道的优化设计方法，涉及无人机复合材料进气道结构设计领域，包括以下步骤：S100.将进气道分为若干段，段数用N表示；S200.将步骤S100中第N段进气道根据加强筋数量分为若干种情况，根据约束条件对每种情况下的进气道的结构尺寸进行优化，得到使第N段进气道的重量最小时的截面尺寸；S300.根据步骤S200中截面尺寸，设计出所有满足工艺条件的复合材料的铺层顺序方案；S400.对步骤S300中每一种复合材料铺层顺序方案建立仿真计算模型，在满足约束条件的结果中，选择使进气道重量最轻的铺层顺序方案。本发明通过将进气道分为若干段，每段采用相同的设计方法，实现简化设计过程，缩短计算周期的效果。

技术领域

本发明涉及无人机复合材料进气道结构设计领域领域，具体的说，是一种复合材料进气道的优化设计方法。

背景技术

目前无人机的复合材料进气道结构优化设计方法主要有两种，第一种方法是以工程经验为基础，设计进气道结构布局型式，设计完成后对进气道结构做仿真计算，根据计算结果调整结构尺寸和铺层顺序。第二种方法是将进气道结构布局、结构尺寸和复合材料铺层参数作为独立的设计变量，建立一个循环迭代计算流程，首先对初始结构进行仿真分析，根据分析结果调整所有设计变量值，然后重复计算，在满足设计要求的情况下，以重量最轻为目的不断调整设计变量值，最终得到满足设计要求的最优结果。

第一种优化设计方法完全根据工程经验确定结构布局型式，设计出来的进气道结构重量完全取决于设计人员的技术水平。并且设计结果通常比较保守，会使进气道结构重量偏大，降低无人机的飞行性能。

第二种优化设计方法能够在最大程度上降低进气道结构重量，但是以整个进气道作为研究对象，设计过程复杂，计算周期很长。这种优化方法一般用于相关领域的学术研究，不适合在实际的工程设计上运用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料进气道的优化设计方法，用于解决现有技术中以整个进气道作为研究对象，设计过程复杂，计算周期长的问题。本发明通过将进气道分为若干段，每段采用相同的设计方法，实现简化设计过程，缩短计算周期的效果。

本发明通过下述技术方案实现：

一种复合材料进气道的优化设计方法，包括以下步骤：

S100.将进气道分为若干段，段数用N表示；

S200.将步骤S100中第N段进气道根据加强筋数量分为若干种情况，根据约束条件对每种情况下的进气道的结构尺寸进行优化，得到使第N段进气道的重量最小时，进气道的结构尺寸；

S300.根据步骤S200中进气道的结构尺寸，设计出所有满足工艺条件的复合材料的铺层顺序方案；

S400.对步骤S300中每一种复合材料铺层顺序方案建立仿真计算模型，在满足约束条件的结果中，选择使进气道重量最轻的铺层顺序方案。步骤S100中，进气道分段的目的在于，简化计算的数据量，缩短计算时间，提高效率；分段可以按照均匀长度来分，也可以按照进气道在无人机骨架上的安装位置来分。步骤S200中，第N段代表的是进气道上任意一段。将进气道分段，每一段的设计工作是一样的，一段进气道设计出来，其他段只需进行简单的重复工作即可，减少工作量，提高设计效率。所述约束条件是指进行截面尺寸优化的依据，例如强度条件，刚度条件。由于通过步骤S200计算得到的截面尺寸通常跟复合材料的标准规格尺寸不一致，因此设计复合材料铺层顺序时，应当使铺层顺序后的厚度大于或等于步骤S200中计算的最大截面尺寸。由于满足约束条件的铺层顺序有多个，因此为得到最优解，需要设计出所有满足工艺条件的铺层顺序。由于进气道是一个整体，所以每一段的铺层顺序一致，并且现阶段每一层复合材料的铺层角度只有0度、45度、-45度、90度四种，并且需要遵循复合材料铺层设计准则，例如整体铺层须对称于中性面同时遵循均衡性原则，因此满足条件的铺层顺序方案仅有4～5种，从而不会增加设计工作量。需要说明的是，相关设计准则在本领域内是现有技术，故在此不一一列举。