Оптимизация формы шпангоутов и углов укладки полимерного композиционного материала силового набора хвостовой части легкого самолета

Предложена методика проектирования силового набора хвостовой части легкого самолета, основанная на последовательном применении методов параметрической и топологической оптимизации. Проведен анализ нагрузок, действующих на самолет при выполнении маневров в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для этих нагрузок с помощью метода параметрической оптимизации выбраны места размещения шпангоутов силового набора хвостовой части самолета, использованные в дальнейшем для разработки индивидуальных форм шпангоутов с применением метода топологической оптимизации. Проведена параметрическая оптимизация углов укладки полимерного композиционного материала, предназначенного для изготовления шпангоутов. Разработана конструктивно-силовая схема силового набора хвостовой части фюзеляжа, соответствующая критерию минимальной массы при выполнении ограничений на уровень напряжений в отдельных слоях композиционного материала.

Литература

[1] Ю Сун Чул. Проектирование и исследование конструкции горизонтального оперения гражданского транспортного самолета. Автореф. Дисс. … канд. тех. наук. Москва, МАИ, 2005. 24 с.

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

[3] Агеева Т.Г., Дудар Э.Н., Резник С.В. Комплексная методика проектирования конструкции крыла многоразового космического аппарата. Технология машиностроения, 2021, № 3, с. 34–36.

[4] Reznik S.V., Esetbatyrovich A.S. Composite air vehicle tail fins thermal and stress-strain state modeling. AIP Conf. Proc., 2021, vol. 2318, art. 020012, doi: https://doi.org/10.1063/5.0036561

[5] DA 62. The ultimate flying machine. diamondaircraft.com: веб-сайт. URL: https://www.diamondaircraft.com/en/private-pilots/aircraft/da62/overview/ (дата обращения: 15.02.2021).

[6] Суслов Ю.В. Летная эксплуатация систем и технология работы экипажа самолета DA 42. Ульяновск, УВАУ ГА(И), 2010. 187 с.

[7] Чепурных И.В. Прочность конструкций летательных аппаратов. Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ, 2013. 137 с.

[8] Авиационные правила. Часть 23. Нормы летной годности гражданских легких самолетов. Москва, Межгосударственный авиационный комитет, 2014. 207 с.

[9] Подружин Е.Г., Степанов В.М., Рябчиков П.Е. Конструирование и проектирование летательных аппаратов. Фюзеляж. Москва, Юрайт, 2018. 105 с.

[10] Тарасов Ю.Л., Лавров Ю.Л. Расчет на прочность элементов консультации самолета. Самара, СГАУ, 2000. 112 с.

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

[12] ANSYS Fluent. ansys.com: веб-сайт. URL: https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fluent (дата обращения: 15.02.2021).

[13] Михайловский К.В., Барановски С.В. Методика проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования. Часть 1. Обоснование выбора геометрических размеров и расчет аэродинамических нагрузок на крыло. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 12, c. 106–116, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2016-11-86-98

[14] Ashikhmina E.R., Prosuntsov P.V. Coupled CFD-based shape optimization of wing of reusable space vehicle of tourist class. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 709, no. 2, art. 022108, doi: 10.1088/1757-899X/709/2/022108

[15] Yeswanth I.V.S., Andrews A.A.E. Parametric optimization of composite drive shaft using Ansys Workbench 14.0. IJMET, 2017, vol. 8, no. 5, pp. 10–23.

[16] Тун Лин Хтет. Анализ расчетных случаев нагружения фюзеляжа самолета и топологическая оптимизация его силового набора. Сб. тез. XLIV Академические чтения по космонавтике. Т. 1. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020, с. 142–144.

[17] Tun Lin Htet., Prosuntsov P.V. Parametric and topology optimization of polymer composite load bearing elements of rear part of aircraft fuselage structure. AIP Conf. Proc., 2021, vol. 2318, no. 1, art. 020008, doi: https://doi.org/10.1063/5.0035742

[18] Gui X., Xiao M., Zhang Y., et al. Structural topology optimization based on parametric level set method under the environment of ANSYS secondary development. Adv. Comput. Sci. Res., 2017, vol. 74, pp. 841–850, doi: https://dx.doi.org/10.2991/iccia-17.2017.152