Многокритериальная оптимизация двухлонжеронного композитного крыла легкого самолета

Приведены результаты оптимизации двухлонжеронного композитного крыла учебно-тренировочного самолета К-8. В качестве параметров оптимизации рассмотрены геометрические характеристики основных конструктивных элементов крыла: лонжеронов, нервюр и обшивки; углы ориентации армирующих слоев и их толщины для каждого конструктивного элемента крыла, а также вид композиционного материала и его стоимость. Предложенная процедура оптимизации включает в себя несколько этапов, на каждом из которых применен многокритериальный подход. За критерии оптимизации приняты минимальные прогиб, масса и стоимость. Все расчеты, необходимые для выбора оптимальных параметров оптимизации, проведены с помощью нелинейного статического конечно-элементного анализа в программном комплексе FEMAP.

Литература

[1] Aung P.W., Tatarnikov O., Aung N.L. Structural optimization of a light aircraft composite wing. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 709, no. 4, pp. 1–7, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/709/4/044094

[2] 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.

[3] Tatarnikov O., Gaigarova M. Three-level design of composite structures. Proc. 2nd Int. Conf. ACMTAA, 2012, pp. 108–112.

[4] 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., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016, с. 319–322.

[5] 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, № 6, с. 127–136, doi: 10.26467/2079-0619-2016-19-6-127-136

[6] Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. Москва, Машиностроение, 2005. 406 с.

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

[8] Nisha M.K., Amrutha P.K., Bia J., Treesa R.B., Dr. Alice M. Ply orientation of carbon fiber reinforced aircraft wing – a parametric study. International Journal of Engineering Research and Applications, 2014, vol. 4, no. 5(ver. 2), pp. 53–55.

[9] Liu Q., Jrad Moscow, Mulani S.B., et al. Integrated global wing and local panel optimization of aircraft wing. 56th AIAA/ASCE/AHS/ASC Struct., Struct. Dyn. Mater. Conf., 2015, AIAA Paper no. 2015–0137, doi: https://doi.org/10.2514/6.2015-0137

[10] 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.

[11] Stanford B., Dunning P. Optimal topology of aircraft rib and spar structures under aeroelastic loads. Journal of Aircraft, 2015, vol. 52, no. 4, pp. 1298–1311, doi: https://doi.org/10.2514/1.C032913

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

[13] 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.

[14] 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, doi: https://doi.org/10.5139/IJASS.2014.15.4.383

[15] Wang Y., Ouyang X., Yin H., Yu X. Structural-optimization strategy for composite wing based on equivalent finite element model. Journal of Aircraft, 2016, vol. 53, no. 2, pp. 351–359, doi: https://doi.org/10.2514/1.C033469

[16] Kelly D., Wang K. A guided tradeoff for cost and weight for generating optimal conceptual designs. 44th AIAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, 2003, AIAA Paper no. 2003-1500, doi: https://doi.org/10.2514/6.2003-1500