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复合材料前掠翼气动弹性剪裁技术分析与研究

王韬  
【摘要】:前掠翼机翼有独特的气动特性,其南迎角飞行性能好、临界马赫数高、波阻低,但扭转发散问题使前掠翼无法投入实用。利用复合材料的气动弹性剪裁技术可以较好的解决前掠翼扭转发散速度过低的问题。 本文首先综述了前掠翼的发展和研究现状,介绍了气动弹性问题的由来和发展。其次,阐述了前掠翼扭转发散的本质,阐明了复合材料气动剪裁提高前掠翼气动性能的物理机理。 以复合材料翼盒代表机翼结构,推导了翼盒的弯扭耦合本构方程。然后,讨论了影响复合材料气动剪裁的因素,从材料和机翼结构两方面入手,对比了复合材料铺层偏转角、铺层非均衡程度以及不同铺层构型,和前掠角、展弦比、尖削比等因素对气动剪裁效率的影响。 选取X-29和S-37作为前掠翼应用的典型代表,本文做出了性能比较。对前掠翼机翼完成建模,并利用有限元软件NASTRAN进行了气动载荷的加载,完成了满足强度要求的优化,其后通过构造代理模型,拟合出目标函数为发散速度的响应面模型,最终完成了减重并提高了气动性能。


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