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可变后掠角机翼结构优化设计和力学分析

张建  
【摘要】:可变形飞行器的研究已经成为当今航空事业发展的热点内容,常见的变形方式主要有前后缘的变形、机翼的折叠、机翼的扭转和机翼后掠角的改变。其中,可变后掠机翼的变形属于大变形变体飞行器的研究。对于可变形机翼结构中驱动器的位置和数目的优化非常重要。优化驱动器的位置可以使的变形机翼更好的被驱动,提高驱动器的利用率,减少能量的损耗。本文的另一部分内容重点研究了可变后掠机翼在不同状态下的气动特性,可以更好的认识和了解可变后掠机翼变形前后的优缺点。 变形单元中驱动器的位置优化,可以使得驱动器在较小的驱动力下实现变形结构的运动,提高驱动器的驱动效率。采用Mat lab优化工具箱中的fmincon函数对目标函数进行求解。利用准静态的分析方法,基于虚功原理来建立单元结构变形过程中的能量方程。该方程中包括了所需要优化的驱动器位置参数Z1,驱动器在单元中的另一个位置Z2通过余弦定理来计算。 对于多单元变形结构中驱动器数目的选择和其布置方案,采用静力学分析来实现。利用有限元软件Abaqus/CAE对多单元变形结构中驱动器不同的布置方案进行静力学分析,施加驱动器所在平面内的气动载荷。输出该变形结构的最大应力值和出现最大应力的位置,同时也输出翼端的最大变形量。由分析结果中,得出多单元变形结构中强度和刚度两方面都比较好的驱动器布置方案。 本文对变形结构的不同状态,在不同迎角和不同马赫数下进行了全面的分析。利用CFD软件FLUENT对变形结构在整个变形过程中的不同条件下进行了数值模拟,得出了其每种状态下的气动规律。由计算结果可以得出:低速飞行时,大展弦比的机翼可以拥有更大的升力;高速飞行时,小展弦比的机翼可以很大程度上降低飞行时的阻力;当马赫数较低时,马赫数的改变对飞行器的升力值、阻力值和升阻比的影响不大。


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