Методика проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования. Часть 3. Выбор и обоснование оптимальных схем армирования силовых элементов

В современных пассажирских авиалайнерах для обеспечения массового совершенства как слабонагруженных элементов, так и ответственных агрегатов, в том числе крыла, применяют полимерные композиционные материалы, которые позволяют получить характеристики изделия, недостижимые при изготовлении из обычных металлических сплавов. В силу геометрических особенностей создание крыла из полимерных композиционных материалов является сложной технической задачей, где ключевую роль играют выбор и обоснование схем армирования с учетом анизотропии характеристик материала и адаптации их к действующим нагрузкам. В данной части работы рассмотрена актуальная задача определения и оптимизации конструктивных параметров основных силовых элементов крыла из углепластика с учетом рациональных схем армирования. Определены толщины стенок, схемы укладки однонаправленных слоев, запасы прочности элементов конструктивно-силовой схемы крыла с учетом действующих эксплуатационных нагрузок для нескольких углов атаки, соответствующих разным режимам полета. Результаты исследования дополняют предложенную методику проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования.

Литература

[1] Зиченков М.Ч., Кондаков И.И., Шаныгин А.Н. Новый подход к созданию легких и надежных силовых композитных авиаконструкций. Научный Вестник МГТУ ГА, 2016, т. 19, № 06, с. 127–136, doi: 10.26467/2079-0619-2016-19-6-127-136.

[2] Liu Q., Jrad M., Mulani S.B., Kapania R.K. Integrated Global Wing and Local Panel Optimization of Aircraft Wing. 56th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Kissimmee, 2015, AIAA Paper no. 2015–0137, pp. 1–19.

[3] Qun Z., Yunliang D., Haibo J. A Layout Optimization Method of Composite Wing Structures Based on Carrying Efficiency Criterion. Chinese Journal of Aeronautics, 2011, vol. 24, no. 4, pp. 425–433.

[4] Kaplan E.M., Yesilkaya K.K., Yaman K. Stiffness Equivalent Finite Element Modelling of a Physical Assembly by Structural Optimization Method. 7th International Conference on Mechatronics and Manufacturing, Singapore 2016, vol. 45, pp. 1–5.

[5] Bach T., Dähne S., Heinrich L., Hühne C. Structural Optimization of Composite Wings in an Automated Multi-Disciplinary Environment. 14th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations Conference, Atlanta, 2014, AIAA Paper no. 2014-2295, pp. 1–13.

[6] Li D., Xiang J. Optimization of Composite Wing Structure for a Flying Wing Aircraft Subject to Multi Constraints. 54th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Boston, 2013, AIAA Paper no. 2013-1934, pp. 1–11.

[7] Dillinger J.K.S., Abdalla M.M., Klimmek T. Stiffness Optimization of Composite Wings with Aeroelastic Constraints. 12th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations (ATIO) Conference and 14th AIAA/ISSM, Indianapolis, 2012, AIAA Paper no. 2012–5401, pp. 1–15.

[8] Шингель Л.П. О проектировании крыла из композиционного материала самолета вертикального взлета и посадки. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2012, т. 14, № 1(2), с. 514–516.

[9] Касумов Е.В. Методика поиска рациональных конструктивных параметров с применением метода конечных элементов. Ученые записки ЦАГИ, 2015, т. 46, № 2, с. 63–79.

[10] Солошенко В.Н., Попов Ю.И. Концептуальное проектирование конструкции кессона крыла из композиционных материалов среднемагистрального самолета. Вестник Московского авиационного института, 2013, т. 20, № 1, с. 16–30.

[11] Митрофанов О.В. К вопросу об оптимальном армировании подкрепленных панелей тонкостенных конструкций из композитных материалов. Актуальные проблемы современной науки, 2017, № 5(96), с. 49–53.

[12] Peeters D., Abdallay M. Design guide lines in non-conventional composite laminate optimization. Journal of Aircraft, 2017, vol. 54, no. 4, pp. 1454–1464.

[13] Sapkal K.S., Attar P.J. Experimental and Computational Aeroelastic Analysis of a Composite Material Delta Wing in Low Subsonic Flow. 52nd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Structures, Structural Dynamics, and Materials and Co-located Conferences, Denver, 2011, AIAA Paper no. 2011–1743, pp. 1–37.

[14] Резник С.В., Просунцов П.В., Агеева Т.Г. Оптимальное проектирование крыла суборбитального многоразового космического аппарата из гибридного полимерного композиционного материала. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2013, № 1(17), с. 38–43.

[15] Михайловский К.В., Барановски С.В. Методика проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования. Часть 2. Проектирование силовой конструкции. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 12(681), с. 106–116.