[发明专利]一种采用格栅结构的飞行器机翼盒段及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器机翼部件，尤其涉及一种采用格栅结构的飞行器机翼盒段及其设计方法。

背景技术

格栅增强结构的概念是20世纪70年代由美国麦道公司首先提出，与传统结构相比，格栅结构的截面惯性矩大，抗弯、抗屈曲性能良好，结构效率高，此外，格栅结构的加强肋相对独立，产生裂纹后不易传播，整体性能好。传统机翼盒段结构采用的是蒙皮、桁条、翼梁、支撑板等结构，通常由硬质铝合金制成。蒙皮与骨架一起作为主要受力部件，用于传递扭矩载荷，桁条用于提高蒙皮的刚度，随着气动载荷的增加，蒙皮和骨架的厚度就须要进一步增加。现代航空器设计提出了大结构尺度和结构超轻型化问题，传统的机翼盒段结构主要采用复合材料来满足减重、高承载和对结构刚度等力学性能的要求，然而其在结构载荷分配上仍有较明显的缺陷，无法实现减重、承载的高效结合。先进复合材料格栅结构作为一种新型高效结构形式，在航空、航天结构中有着良好的应用前景，目前为止尚未在航空飞行器主要承载件中得到应用。

MSC Nastran是美国航空航天局制定用来进行航空航天器工程模拟的有限元软件，广泛应用于各个行业的工程仿真分析，包括国防、航空航天、机械制造、汽车、船舶、兵器、土木、水利、电子、铁道、石化、能源、材料工程等，用户编辑100多个国家和地区的主要设计制造工业公司和研究机构，其中覆盖了全球92％的机械设计制造部门、97％的汽车制造商和零部件供应商、95％的航空航天公司和98％的国防及军事研发部门。

MD Nastran支持多个关键工程学科和相应的高性能分析，包括线性和非线性静力、振动特性、线性和非线性动力学、稳态和瞬态热力学、线性和非线性屈曲、设计优化和灵敏度、拓扑优化、转子动力学、气动弹性、声学、并行能力(SMP和DMP)、动力设计分析方法(DDAM)、包含接触的隐式非线性、显式非线性的跌落和碰撞、直接矩阵提取编程(DMAP)、高级连接和装配。

MD Nastran能够有效地处理各种不同自由度大小的优化问题，具有可靠的收敛特性。并且，MD Nastran具有灵活的用户界面，用户能够灵活地使用自定义或者其他的响应函数。

发明内容

本发明提供了一种采用格栅结构的飞行器机翼盒段，克服了以上技术缺陷。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种采用格栅结构的飞行器机翼盒段，包括格栅肋，蒙皮面板；所述格栅肋外侧包裹蒙皮面板形成机翼盒段，所述格栅肋由若干根加强肋相互交叉形成格栅构形，格栅肋和蒙皮面板均由若干层纤维增强复合材料层合板制成，蒙皮面板固定于格栅肋的外侧；所述格栅肋铺设八层不同角度的纤维增强复合材料，前四层与后四层纤维增强复合材料对称铺设，其中第一层纤维增强复合材料角度为-151.2°至-166.7°，第二层纤维增强复合材料层角度为7.9°至11.1°，第三层纤维增强复合材料层角度为1.9°至2.1°，第四层纤维增强复合材料层角度为0.025°至0.03°；蒙皮面板铺设十六层不同角度的纤维增强复合材料，前八层与后八层纤维增强复合材料对称铺设，其中第一层纤维增强复合材料层角度为-66.7°至-78.2°，第二层纤维增强复合材料层角度为80.1°至106.5°，第三层纤维增强复合材料层角度为72.1°至74.5°，第四层纤维增强复合材料层角度为0.11°至0.14°，第五层纤维增强复合材料层角度为-51.9°至-53.7°，第六层纤维增强复合材料层角度为44.5°至52.1°，第七层纤维增强复合材料层角度为47.3°至51.9°，第八层纤维增强复合材料层角度为0.05°至0.08°。

本发明所述采用格栅结构的飞行器机翼盒段的设计方法，方法如下：

1)、初始设计，根据飞机的整体参数设定飞机机翼的固有频率；

2)、设定原始机翼盒段的格栅肋和蒙皮面板的纤维增强复合材料层的铺层角度，采用有限元分析软件对步骤1的固有频率进行基频响应分析；

3)、将步骤2中原始机翼盒段格栅肋和蒙皮面板的纤维增强复合材料层的铺层角度数据从有限元分析软件导出，得到bdf片段文档；

4)、采用计算机中记事本程序打开步骤3导出的bdf片段文档进行关联设计变量，bdf片段文档如下表：