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《南京航空航天大学》 2012年
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飞机总体设计中机身结构重量估算方法研究

张婷婷  
【摘要】:机身结构重量估算是飞机总体设计中最重要的内容之一。本文针对大型客机总体设计阶段的机身结构重量计算问题开展研究工作。为了在总体设计阶段获得较精确的机身结构重量,研究了二种机身结构重量的评估方法—基于工程梁理论的方法和基于结构有限元和优化的方法。本文完成的主要工作包括以下二个方面: 研究了一种基于工程梁理论的机身结构重量估算方法。将机身结构简化为筒状薄壁梁结构,然后在该薄壁梁结构上分别施加飞机机动和着陆时所受到的载荷,按强度校核公式分别对两种工况下的机身强度进行分析,计算出载荷作用下所需要的最小材料用量,进而计算出其承载结构的重量。然后再根据机身承载结构的重量和机身的总重之间的关系,得到机身的总重。以A320客机为算例进行验证,结果表明基于工程梁理论的机身结构重量估算方法具有较高的精度。 研究了基于结构有限元方法的机身重量估算方法和流程。该流程包括机身外形CAD模型的建立、载荷计算、机身结构有限元模型的自动生成、结构尺寸优化、机身重量的修正等主要环节。在建立了机身外形参数化模型基础上,应用CATIA二次开发方法自动生成机身几何模型。编写Matlab程序计算飞机在空中和地面的机动动作的载荷,从中挑选出最严重的载荷情况作为设计载荷,同时还确定了机身的客舱地板载荷、客舱增压载荷以及惯性载荷。在Patran/Nastran中,应用脚本语言PCL程序,建立了机身结构参数化模型和机身结构有限元模型,应用PATRAN的优化功能对结构部件尺寸进行优化,得到满足约束下的最小机身结构重量,并根据机身重量修正公式加以修正,最终得到机身重量。应用这种方法,估算出不同客舱布置方案的机身结构重量,分析不同的机身外形参数对机身结构重量的影响。 研究结果表明,基于工程梁理论估算机身重量的方法具有快速简单的优点,计算结果也比较精确。基于结构有限元方法的机身重量估算方法,即通过计算机辅助设计软件CATIA的二次开发与结构分析软件MSC.Patran/Nastran的二次开发相结合的方法,机身重量结果估算更为精确。二种方法均是估算机身结构重量可行有效的方法,为客机机身重量估算提供了较为快速的方法。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:V221.5

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