针对常见试验机平面气密框纵横式筋条分布结构形式导致结构质量较大等问题,对某试验机机头平面气密框进行联合优化设计,寻求更优的筋条分布。利用形貌优化技术获得受均布压载时最大法向刚度的筋条分布形式,并利用弯曲强度约束对径向筋条尺寸进行优化,最后利用拓扑优化技术进一步确定周向筋条分布以满足最大变形约束要求,实现了在满足预定强度、刚度约束条件下使筋条总质量减轻31.71%。

针对云粒子组合探测器改装结构布局形式多、质量偏大等问题,对某试验机的云粒子组合探测器改装结构采用了拓扑-尺寸联合优化设计方法,探索改装结构的最优结构布局及最小质量尺寸。采用变密度法对改装结构进行拓扑优化,获得了最优的结构布局形式和最佳的传力路线;以最小质量为目标函数,在满足强度和刚度的约束条件下,对结构的厚度参数进行了尺寸优化,使结构质量减轻了22.33%,减重效果明显,验证了拓扑-尺寸联合优化设计方法在试验机改装结构设计的有效性。

针对试验机机头改装过渡段结构的可优化空间,讨论了基于设计敏度和近似模型的结构优化流程。在保证过渡段各零件拓扑结构的基础上,将上述优化方法应用于过渡段主承力结构的尺寸优化中,在不降低结构强度、关键位置位移、稳定性、固有频率等关键指标上,使结构质量降低了19.76%,表明该优化方法切实可行,是进行后续试验机改装结构精细化设计的有效途径。

分析了机身大开口对机身刚度的影响,并提出适应性补强的设计方法;针对基于原机结构大开口补强设计的特殊性,提出了满足载荷传递、施工可行性、补偿设计及装配定位基准等设计要求;在此设计要求下开展某飞机机腹大开口的结构补强设计;最后通过MSC/NASTRAN数值计算对补强后的结构进行分析验证。结果表明设计方法合理可行,该设计方法可为基于原机结构的机身大开口结构设计提供参考。

针对某型飞机设计了电子设备吊舱,运用有限元软件建立了吊舱的全尺寸有限元模型,在已知载荷下,应用PATRAN/NASTRA软件对吊舱强度进行了分析计算,并对吊舱振动特性进行了分析计算。结果表明,设计的吊舱结构布局合理,建模方法正确,吊舱结构传力合理,各部件强度、刚度满度要求,且不会发生共振。

针对某飞机设计了机头改装过渡段,利用有限元法进行全尺寸建模和静强度分析,给出各零部件应力分布,并对各零部件进行强度校核;利用Lanczos模态分析法计算改装过渡段和空速管的固有频率和模态形状,结合空速管Karman涡街频率和发动机旋转频率对改装结构的共振特性进行分析。计算结果表明改装过渡段设计合理,传力路线清晰,各结构件强度、刚度满足要求,振动特性良好。

针对试验机改装大型结构装配的精度与效率问题,采用激光测绘与逆向建模技术保证改装结构与原机结构的良好贴合,运用数字化型架设计技术确保复杂结构的组铆装配的精度,通过两用对接标工及其数字化协调技术实现大型结构的一次性对接。并验证该技术能够提升试验机改装结构装配质量和效率,可以为后续试验机结构改装提供参考。