Методика проектирования композитного силового набора хвостовой части фюзеляжа

Рассмотрена методика проектирования силового набора хвостовой части самолета DA-62, включающая в себя этапы определения нагрузок, действующих на хвостовую часть, выбора расположения, формы и структуры силовых элементов, характеристик полимерных композиционных материалов, из которых они изготовлены. В процессе проектирования учтено одновременное воздействие аэродинамических и массово-инерционных нагрузок на конструкцию самолета при различных вариантах маневров. Особенностью методики определения геометрических размеров и формы шпангоутов является использование комбинации методов параметрической и топологической оптимизации. Для повышения весовой эффективности конструкции решена задача оптимизация схемы укладки слоев полимерного композиционного материала. Физико-механические характеристики этих материалов получены расчетно-теоретическим путем с применением принципа многомасштабного моделирования.

Литература

[1] Кондрашов С.В., Шашкеев К.А., Петрова Г.Н. и др. Полимерные композиционные материалы конструкционного назначения с функциональными свойствами. Авиационные материалы и технологии, 2017, № 5, с. 405–419, doi: https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-S-405-419

[2] Савин С.П. Применение современных полимерных композиционных материалов в конструкции планера самолетов семейства МС-21. Известия Самарского научного центра РАН, 2012, № 4–2, с. 686–693.

[3] Егер С.М., ред. Проектирование самолетов. Москва, Машиностроение, 1983. 616 с.

[4] Погосян М.А., ред. Проектирование самолетов. Москва, Инновационное машиностроение, 2018. 864 с.

[5] Вислов И.П. Проектирование легких и сверхлегких летательных аппаратов. Самара, СГАУ, 2005. 114 с.

[6] Бадягин А.А., Мухамедов Ф.А. Проектирование легких самолетов. Москва, Машиностроение, 1978. 208 с.

[7] Дробышевский В.Г. Проектирование самолета. Курсовое и дипломное проектирование. Нижний Новгород, НГТУ, 2013. 157 с.

[8] Hasan Z., Atmeh G. Design and analysis of a smart composite wing. Proc. IMECE 11, 2011, pp. 213–222, doi: https://doi.org/10.1115/IMECE2011-64802

[9] Нгуен Х.Ф. Оптимизация конструктивно-силовой схемы крыла беспилотного летательного аппарата из композиционных материалов с ограничениями по аэродинамической форме. Автореф. дисс. … канд. тех. наук. Москва, МФТИ, 2015. 25 с.

[10] Sinchai C. Composite wing structure of light amphibious airplane design, optimization, and experimental testing. Heliyon, 2021, vol. 7, no. 11, art. e08410, doi: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08410

[11] 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, c. 106–116, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2016-12-106-116

[12] Печенюк В.С., Попов Ю.И. Концептуальное проектирование конструкции крыла или фюзеляжа магистрального самолета из металлополимерных композиционных материалов. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2021, № 64, с. 74–82, doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2021.64.08

[13] Airbus A350-900. aircraft.airbus.com: веб-сайт. URL: https://aircraft.airbus.com/en/aircraft/a350/a350-900 (дата обращения: 19.05.2022).

[14] Cirrus SR-22. cirrusaircraft.com: веб-сайт. URL: https://cirrusaircraft.com/aircraft/sr22/ (дата обращения: 19.05.2022).

[15] Цельнокомпозитный самолет ТВС-2ДТС выполнил первый полет. aviation21.ru: веб-сайт. URL: http://aviation21.ru/celnokompozitnyj-samolyot-tvs-2dts-vypolnil-pervyj-polyot/ (дата обращения: 13.07.2017).

[16] Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. Москва, Машиностроение, 2005. 404 с.

[17] Davis G.W., Sakata I.F. Design considerations for composite fuselage structure of commercial transport aircraft. NASA Contractor report 159296. NASA, 1981. 51 p.

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

[19] Канчая Рохас Р.А. Расчет на прочность и выбор рациональных проектных параметров отсеков фюзеляжа из композиционных материалов самолетов легкого и среднего классов. Автореф. дисс. … канд. тех. наук. Москва, МАИ, 2011. 24 с.

[20] Morishima R. Analysis of composite wing structures with a morphing leading edge. PhD thesis. Cranfield University, 2011. 260 p.

[21] Дубовиков Е.А. Многоуровневый алгоритм оценки перспективных конструктивно-силовых схем композитных авиаконструкций. Автореф. дисс. … канд. тех. наук. Жуковский, ЦАГИ, 2017. 29 с.

[22] Столяров Д.В. Разработка методики выбора рациональной схемы шпангоутов фюзеляжа истребителя интегральной компоновки. Автореф. дисс. … канд. тех. наук. Москва, МАИ, 2011. 24 с.

[23] Zhu J.H., Zhang W.H., Xia L. Topology optimization in aircraft and aerospace structures design. Arch. Computat. Methods Eng., 2016, vol. 23, no. 4, pp. 595–622, doi: https://doi.org/10.1007/s11831-015-9151-2

[24] Eves J., Toropov V.V., Thompson H.M. et al. Topology optimization of aircraft with non-conventional configurations. 8th World congress on Structural and Multidisciplinary Optimization, 2009. URL: https://eprints.whiterose.ac.uk/10474/ (дата обращения: 15.02.2021).

[25] 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

[26] 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).

[27] Авиационные правила. Часть 23. Нормы летной годности гражданских легких самолетов. Москва, Авиаиздат, 2014. 195 с.

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

[29] 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: https://doi.org/10.1088/1757-899X/709/2/022108

[30] 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

[31] Tun Lin Htet, Prosuntsov P.V. Comparative analysis of the selection of lay-up stacking of polymer composite load-bearing elements for the tail section of fuselage structure of the light aircraft. MATEC Web Conf., 2021, vol. 346, art. 03111, doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/202134603111

[32] Ansys Topology Optimization. www.ansys.com: веб-сайт. URL: www.ansys.com/applicatoins/topology-optimization (дата обращения: 15.02.2021).