点阵结构作为一种新型轻质功能结构,具有高承载力、高强度、轻质量等一系列优异的力学性能,在航空航天、轨道交通、船舶等工程领域得到广泛应用。针对典型零件扩张调节片结构的轻量化设计问题,提出一种基于均匀化的点阵拓扑和尺寸优化方法,通过MATLAB、ABAQUS和OPTISTRCUT软件对扩张调节片结构进行点阵拓扑优化建模,为结构的轻量化设计提供理论依据。根据上述已建立的点阵拓扑优化模型,分别探究了高低密度点阵结构和最长点阵结构尺寸对其点阵拓扑优化效果的影响,并通过静力学仿真分析求解位移变形和应力云图来进一步揭示点阵拓扑优化的效果。结果表明,高密度和小尺寸点阵结构更有利于扩张调节片结构的轻量化设计。

针对航空发动机矢量尾喷管调节环结构轻量化问题,开展拓扑优化设计研究。对调节环进行静力分析,获得其不同工况下受力情况。以轻量化为目标,对结构进行拓扑优化。综合考虑8种工况,对调节环进行拓扑优化,在保证结构工作强度的情况下,使调节环减重25%,达到设计指标,可为今后航空领域结构轻量化设计提供参考依据。

为掌握固定几何气动矢量喷管气动性能,通过CFD数值模拟的方法,研究了主流落压比、扩张段二次流落压比、扩张段二次流角度和引射对固定几何气动矢量喷管轴向推力系数的影响;主流落压比、扩张段二次流落压比和扩张段二次流角度对矢量角的影响;主流落压比、喉道二次流落压比和喉道二次流角度对喉道控制率的影响。结果表明:随主流落压比增大轴向推力系数增大,矢量角减小,喉道控制率减小;随扩张段二次流落压比增大推力系数减小,矢量角增大;随喉道二次流落压比增大,喉道控制率增大;随扩张段二次流角增大轴向推力系数减小,矢量角略有减小;随喉道二次流角增大喉道控制率增大;随引射方式增加喷管推力系数增大。