轻型体育运动飞机复合材料结构设计的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要复合材料是一种新型的材料，有着广阔的发展前景，已经应用到各行各业，在航空、航天结构中也得到了广泛的应用。在近几年研制的各种新型飞机上，大大提高了复合材料应用的比重。先进复合材料的应用对飞机结构的轻质化、小型化、和高能化起着至关重要的作用。复合材料结构设计是复合材料在结构上合理应用和降低全寿命周期费用的关键。复合材料层合板是复合材料中使用最多的一种结构形式，它具有很好的结构可设计性。蜂窝夹层结构作为一种特殊的结构形式，在航空、航天结构中的应用越来越广泛，它与复合材料层合板已成为该领域中两种重要的复合材料结构形式。本文主

2、要研究了DF-2轻型运动飞机复合材料机翼的设计。在DF-2轻型体育运动飞机复合材料机翼现有气动外形和机翼布局方案的基础上，设计选用了三种结构方案。利用有限元软件MSC.Patran&Nastran建立有限元模型，进行静力分析和屈曲稳定性分析。然后对三种结构进行了结构优化分析，得到优化后的尺寸和重量。对各个方案的优化结果进行比较，选取了双梁式结构，对优化后的机翼结构进行静态有限元分析。验证经优化后的机翼结构是否能满足总体设计要求，包括稳定性、翼梢变形位移和强度要求。验证了优化后的机翼结构能够满足设计要求，重量小于现有结构。最终的方案设计为DF-2飞机

3、复合材料机翼结构设计提供了设计分析依据。关键词：复合材料，层压板，蜂窝夹层板结构，屈曲，优化设计，飞机结构I轻型体育运动飞机复合材料结构设计研究AbstractCompositematerialisnovelandhasagoodprospect.Ithasbeenusedineverywalkoflifeincludinginaviationandaerospaceindustry.Inrecentyears,moreandmorecompositematerialisusedinthenewly-designedplane.Theapplica

4、tionoftheadvancedcompositematerialhasaconsiderableimportanteffectontheaircraftstructurallightweight,minitypeandhighefficiency.Thecompositestructuraldesignisthekeytoapplicationandreductioninthewholelife-spanperiod’sexpense.Compositelaminateisusedmostamongalltypesofcompositemate

5、rial,ithasgooddesigncontrolproperty.Asaspecialstructuretype,thehoneycombsandwichhasbeenwidelyusedinaviationandaerospacemoreoften,andbecomethemaincompositematerialstructurestypeaswellasthecompositelaminates.ThisthesismostlystudiesthedesignoftheDF-2compositematerialwing.Threestr

6、uctureblueprintsbasedtheexistentaerodynamicconfigurationandwingconfigurationofDF-2lightsportsaircraft.ThenthemodelsofthethreeestructureswerecreatedandanalyzedbythesoftwareofMSC.Patran&Nastran,includingstaticanalysisandstabilityanalysis.Whereafteroptimizedthethreestructuresandg

7、ottheoptimizedwingstructuresizeandweight.Theoptimalstructureofdoublebeamwaschosentowingstructurestaticfiniteelementanalysis,basedonthecomparisonoftheoptimizationresults.Thelasttaskistotestwhethertheschemeofoptimizedwingstructurecouldsatisfytheneedoftheoveralldesign,includingst

8、abilityanalysis,wingtipdeformationdisplacementandstrengthrequ