Оптимизация параметров крыла из полимерного композиционного материала легкого самолета и анализ возможных областей появления дефектов. Часть 1. Расчет оптимальной конструктивно-силовой схемы

Рассмотрены вопросы разработки рациональной конструктивно-cиловой схемы крыла легкого спортивного самолета на основе параметрической оптимизации. В качестве объекта исследования выступало крыло самолета Пайпер PA-28. Предложен алгоритм определения эксплуатационных нагрузок, действующих на крыло, выбора вариантов конструктивно-силовых схем из полимерных композиционных материалов с последующей оптимизацией. Изучены возможные области появления дефектов и микротрещин в конструктивно-силовой схеме крыла с учетом анизотропии полимерных композиционных материалов и их схем армирования. Для повышения весовой эффективности конструктивно-силовой схемы крыла решена задача оптимизации схем укладки монослоев полимерных композиционных материалов. Численное моделирование проведено методом конечных элементов в коммерческом программном продукте. Определены рациональные геометрические параметры и углы армирования конструктивно-силовой схемы крыла при действии эксплуатационных нагрузок.
EDN: XRNNJD, https://elibrary/xrnnjd

Литература

[1] Шульженко М.Н. Конструкция самолетов. Москва, Машиностроение, 1971. 416 с.

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

[3] Бадягин А.А., Мухамедов Ф.А. Проектирование легких самолетов. Москва, Машиностроение, 1978. 207 с.

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

[5] Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. Москва, Машиностроение, 1980. 375 с.

[6] Баурова Н.И., Зорин В.А. Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин. Москва, МАДИ, 2016. 264 с.

[7] Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. Санкт-Петербург, НОТ, 2010. 820 с.

[8] Нгуен Х.Ф. Оптимизация конструктивно-силовой схемы крыла беспилотного летательного аппарата из композиционных материалов с ограничениями аэродинамической формы. Дисс. … канд. тех. наук. Москва, МФТИ, 2014. 123 с.

[9] Пещеренко Е.Г. Современные технологии производства композитных изделий от ESI Group. Аэрокосмический курьер, 2014, № 4, с. 2–6.

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

[11] 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.

[12] Ендогур А.И., Вайнберг М.В., Иерусалимский К.М. Сотовые конструкции. Москва, Машиностроение, 1986. 198 с.

[13] Вислов И.П. Проектирование легких и сверхлегких летательных аппаратов. Самара, СГАУ, 2005. 115 с.

[14] Резник С.В. Актуальные проблемы проектирования, производства и испытания ракетно-космических композитных конструкций. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 3, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2013-3-638

[15] Muhsin J.J., Shawkat J.A. Optimization of light weight aircraft wing structure. JEASD, 2008, vol. 12, no. 1, pp. 1–22.

[16] Shabeer K.P., Murtaza M.A. Optimization of aircraft wing with composite material. IJIRSET, 2013, vol. 2, no. 6, pp. 2471–2477.

[17] Алиакбаров Д.Т., Матуразов И.С. Исследование и выбор оптимальной конструктивно-силовой схемы крыла сельскохозяйственного самолета. Наука, техника и образование, 2017, № 5, с. 30–32.

[18] Зиновьев П.А., Смердов А.А. Оптимальное проектирование композитных материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 103 с.

[19] Корнеев В.М. Конструкция и основы эксплуатации летательных аппаратов. Ульяновск, УВАУ ГА, 2009. 130 с.

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

[21] Htet T.L., 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