Научный архив: статьи

В настоящее время весовую эффективность летательных аппаратов можно повысить в результате внедрения композиционных материалов в конструкцию планера. Использование методов параметрической и топологической оптимизации позволяет определить рациональные конструктивные параметры силовых схем. Применение оптимизированных укладок монослоев в конструкции силовых элементов помогает в полной мере реализовать преимущество композиционных материалов, а использование автоматизированных методов раскроя и выкладки значительно снижает трудоемкость. Рассмотрено проектирование элементов силового набора крыла авиалайнера с помощью методов параметрической и топологической оптимизации. При этом решается задача подбора рациональных геометрических параметров установки нервюр, их толщины, а также углов ориентации монослоев композиционного материала в укладке. Проведена топологическая оптимизация формы силовых элементов с учетом действующих на крыло аэродинамических и массово-инерционных нагрузок. По результатам решения задачи топологической оптимизации с целевой функцией, включающей податливость конструкции, массу и значения действующих напряжений, получены четыре варианта формы нервюр. Установлено, что применение варианта с наименьшим значением предельной плотности материала обеспечивает существенное снижение массы крыла, при этом соблюдаются требования по прочности и жесткости. Для последующего улучшения удельных характеристик крыла проведена параметрическая оптимизация углов ориентации монослоев. Сравнение оптимизированной укладки слоев с квазиизотропной показало, что при оптимизированной схеме выкладки удается снизить значение действующих напряжений в нервюрах на 5 % и повысить жесткость на 5 %. Проведенная работа является начальным этапом в области проектирования оптимизированной силовой схемы крыла летательного аппарата.

Исследования в области повышения характеристик летательных аппаратов и поиск новых принципиальных решений при удовлетворении жестким требованиям являются актуальными. Возможные пути решения данной задачи заключаются в совместном рассмотрении трех уровней проектирования: создание новых аэродинамических схем, силового каркаса и отдельных компоновок. Проведено исследование летательного аппарата типа “летающее крыло” и его внутреннего силового набора. Определены аэродинамические нагрузки, по которым в дальнейшем выполнялся расчет силовой схемы. Рассмотрены классические и криволинейные силовые схемы, элементы которых представлены листовыми телами нулевой толщины. При проектировании силовой схемы варьировалось расположение элементов, шаг и направление установки нервюр. На основе параметрического моделирования и проведенных расчетов разработана перспективная криволинейная конструктивно-силовая схема крыла с учетом применения композиционных материалов. Показано преимущество перспективной силовой схемы перед классической. Особое внимание уделялось процессу моделирования укладки монослоев композиционного материала в элементах крыла. На основе проведенных расчетов и оптимизации углов укладки получены рациональные варианты для каждого из элементов. Спроектированная схема позволяет повысить удельные характеристики крыла, что обеспечивает необходимую прочность конструкции.