Методика проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования. Часть 2. Проектирование силовой конструкции

Стадия проектирования крыла из полимерных композиционных материалов является сложной научно-технической задачей при разработке конструкции авиалайнера, требующей значительных временных и финансовых затрат. В связи с этим наличие универсальной методики, позволяющей снизить продолжительность и повысить информативность стадий проектирования, может значительно ускорить процесс проектирования. В работе представлена вторая часть результатов моделирования по предлагаемой методике — обоснование конструктивно-силовой схемы на основе параметрических расчетов 90 геометрических моделей крыла с выбором формы и материала силового элемента панели. Определены рациональные геометрические параметры расположения силовых элементов каркаса, в том числе шаг и направление установки нервюр, стрингеров, лонжеронов, обеспечивающие наибольший запас по прочности. На базе результатов расчетов обоснованы форма и материал стрингера.

Литература

[1] Михайловский К.В., Барановски С.В. Методика проектирования геометрического облика крыла из полимерных композиционных материалов. Механика и математическое моделирование в технике. Сб. тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016, с. 319–322.

[2] Schuhmacher G., Daoud F., Petersson Ö.,Wagner M. Multidisciplinary airframe design optimization. 28th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, Brisbane, 2012, Paper ICAS 2012-0.4, рр. 1–13.

[3] Kruse M., Wunderlich T., Heinrich L. A Conceptual Study of a Transonic NLF Transport Aircraft with Forward Swept Wings. 30th AIAA Applied Aerodynamics Conference, New Orleans, 2012, AIAA Paper no. 2012–3208, pp. 1–27.

[4] Dillinger K.S., Abdalla M.M., Klimmek T., Gurdal Z. Static Aeroelastic Stiffness Optimization and Investigation of Forward Swept Composite Wings. 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization, Orlando, 2013, pp. 19–24.

[5] Stanford B., Dunning P. Optimal Topology of Aircraft Rib and Spar Structures under Aeroelastic Loads. Journal of Aircraft, 2015, vol. 52, pp. 1298–1311.

[6] Yu Wang, Xing Ouyang, Hailian Yin, Xiongqing Yu. Structural-Optimization Strategy for Composite Wing Based on Equivalent Finite Element Model. Journal of Aircraft, 2016, vol. 53, no. 2, pp. 351–359.

[7] Хонг Ф.Н., Бирюк В.И. Исследования по оптимизации конструктивно-силовой схемы самолета с прямым крылом из композиционных материалов. Труды МФТИ, 2014, т. 6, № 2, с. 133–141.

[8] Bai C., Mingqiang L., Zhong S., Zhe W., Yiming M., Lei F. Wing weight estimation considering constraints of structural strength and stiffness in aircraft conceptual design. International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 2014, vol. 15, no. 4, pp. 383–395.

[9] Locatelli D., Mulani S., Kapania R. Wing-Box Weight Optimization Using Curvilinear Spars and Ribs (SpaRibs). Journal of Aircraft, 2011, vol. 48, no. 5, pp. 1671–1684.

[10] Khani A., Ijsselmuiden S., Abdalla M., G?rdal Z. Design of variable stiffness panels for maximum strength using lamination parameters. Composites Part B: Engineering, 2011, vol. 42, no. 3, pp. 546–552.

[11] Stanford B., Beran P., Bhatia M. Aeroelastic Topology Optimization of Blade-Stiffened Panels. Journal of Aircraft, 2014, vol. 51, no. 3, pp. 938–944.

[12] Митрофанов О.В., Огнянова Т.С. Проектирование несущих панелей крыла из композитных материалов самолета средней грузоподъемности при ограничениях по остаточной прочности при сжатии и сдвиге. Естественные и технические науки, 2013, т. 6, № 68, с. 261–265.

[13] Sandeep D., Nageswara Rao A. Optimized design and analysis for the development of aircraft droop nose ribs. International Journal of Modern Research & Development, 2014, vol. 1, no. 7, pp. 34–41.

[14] Сысоева В.В., Чедрик В.В. Алгоритмы оптимизации топологии силовых конструкций. Ученые записки ЦАГИ, 2011, т. 42, № 2, с. 91–102.

[15] Моргулец С.В., Чернецов А.А., Афанасьев А.В., Косарев В.А. Комплексная методика расчетного проектирования тонкостенных конструкций из ПКМ на примере кессона крыла самолета. Авиационная промышленность, 2012, № 1, с. 37–41.

[16] Чедрик В.В. Решение задачи многодисциплинарной оптимизации силовых конструкций на основе многоуровневого подхода. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, т. 4, № 42, с. 1847–1849.