本文介绍了一种用于复合材料机翼结构设计与优化的气动弹性剪裁方法。该方法应用所谓的双线性拉格朗日(Lagrange)形函数来创建用于复合机翼结构气动弹性剪裁的设计变量。目前常用的基于单元设计变量的方法使得蒙皮/翼梁/肋板的厚度分布不光滑,可能导致制造问题或应力集中。而形函数方法假设机翼蒙皮或沿着翼梁/肋板的厚度分布可以通过一组形状函数叠加。这样,设计变量就变成形函数的系数。在应用优化算法求解这些系数之后,可以通过将形函数叠加来确定每个单元的厚度,可保证相邻单元间厚度分布的平滑度。此外,应用基于计算流体力学(CFD)的颤振分析方法可精确地捕获跨声速颤振边界,并且在优化过程中可用作颤振约束。为了验证本文所介绍的气动弹性优化方法,优化设计了一个民用飞机复合机翼结构。其次,以优化后的机翼结构为基础,设计...

针对大型飞机复合材料机翼,发展了一种考虑壁板刚度匹配的气动弹性优化设计方法。基于敏度算法,以结构质量最小化为目标,以壁板刚度匹配、颤振速度、翼尖变形、设计许用值、工艺性等为约束,在严重载荷状态下设计复合材料机翼结构,研究不同壁板刚度匹配要求对于优化设计结果的影响,并与传统优化设计结果进行比较。结果表明:考虑壁板刚度匹配需要付出一定的结构质量,但对局部稳定性设计、损伤容限设计和大型复合材料壁板制造有利;壁板刚度匹配设计范围对于优化设计结果影响显著,需要根据设计和制造要求合理确定;压缩设计许用值是影响复合材料机翼气动弹性优化设计的关键约束。

针对复合材料支撑机翼，发展了一种撑杆位置和结构综合优化设计的方法。在两种严重设计载荷状态下，考虑气动弹性效应和复合材料铺层结构的不确定性，以结构质量最小化为目标，以翼尖垂直变形、翼尖扭角、撑杆屈曲稳定性、颤振速度和强度要求为约束，在一个优化过程中实现了撑杆位置和结构参数的同步优化设计和鲁棒优化设计。结果表明，翼尖垂直变形和颤振速度要求对于撑杆位置影响明显，最优的撑杆展向位置都靠近翼根一侧，同时撑杆的总体稳定性成为同步优化设计的关键约束。鲁棒优化设计得到的撑杆位置和结构参数的最优组合对铺层结构的不确定性摄动具有良好的抗干扰性，鲁棒优化得到的最优撑杆位置会随着设计变量摄动范围而变化，翼尖垂直变形成为鲁棒优化设计的关键约束。