[发明专利]一种3D打印的结构相似气动弹性模型及其设计方法

说明书

本申请提供了一种结构相似气动弹性模型设计方法，包括：按照设计尺度比，将真实飞机部件结构进行缩比；按设计刚度比确定缩比后的飞机部件结构形状及尺寸；按设计重量比对比结构重量与真实飞机部件缩比重量的偏差，通过重量分布计算确定配重位置、配重重量及配重体尺寸；通过仿真分析校核模型是否满足相似要求，如不满足，则对配重或缩比后飞机部件结构形状或尺寸进行调整，直至模型满足相似要求；通过3D打印技术打印所述模型，完成气动弹性模型的构建。通过本申请的方法构建的模型能够满足气动弹性模型对结构的布置、气动外形、刚度及重量分布模拟的要求，并且模拟准确，提高了气动弹性试验的精度及可信度，且加工工作量及难度小、周期短。

技术领域

本申请属于飞机气动弹性技术领域，特别涉及一种3D打印的结构相似气动弹性模型及其设计方法。

背景技术

气动弹性动稳定性是飞机设计中必须要面对的重要问题之一，由于气动弹性动稳定性不足而引起的事故往往会导致机毁人亡。气动弹性试验是进行气动弹性动稳定性研究和设计中的必要环节，是预测和验证飞机气动弹性特性并完善设计的重要手段，验证方法包括风洞试验和模型自由飞行试验等。上述试验中所使用的气动弹性模型需要准确的缩比模拟飞机的真实气动外形、刚度和重量分布，才能使其达到动力学特性及气动弹性动稳定性与真实飞机按比例相似的要求。

当前的气动弹性模型在设计过程中由于受到加工工艺、材料特性、尺寸要求、刚度要求和重量要求等诸多条件限制，只能满足结构动力学相似的要求，即满足模型的结构动力学特性与真实飞机或部件按比例相似。模型中采用简化的金属梁架作为承力结构，去除真实结构的部分结构并将其通过刚度等代原则进行等效设计，模型中采用木质或硬质泡沫盒段作为维形框架，通过在维形框架上粘贴纸膜来模拟气动外形，通过在承力结构上固接铅块或高密度合金来模拟重量分布。

燃油这种模型无法准确模拟真实结构布置，气动外形模拟精度低，加工、装配工艺复杂，由真实结构向模型结构进行简化和等效的设计过程计算量大、难度大且易出错。

发明内容

本申请的目的是提供了一种3D打印的结构相似气动弹性模型及其设计方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

一方面，本申请提供了一种结构相似气动弹性模型设计方法，包括：

按照设计尺度比，将真实飞机部件结构进行缩比；

按设计刚度比确定缩比后的飞机部件结构形状及尺寸；

按设计重量比对比结构重量与真实飞机部件缩比重量的偏差，通过重量分布计算确定配重位置、配重重量及配重体尺寸；

通过仿真分析校核模型是否满足相似要求，如不满足，则对配重或缩比后飞机部件结构形状或尺寸进行调整，直至模型满足相似要求；

通过3D打印技术打印所述模型，完成气动弹性模型的构建。

进一步的，在仿真分析前，还包括：

依据真实飞机部件结构，在飞机易失稳部位增加局部支撑或填充。

进一步的，3D打印中的材料包括金属、光敏树脂、塑料和尼龙。

另一方面，本申请提供了一种3D打印的结构相似气动弹性模型，所述模型包括用于模拟真实飞机主要承力部件的蒙皮、纵向构件、横向构件、操纵面及操纵面内部构件和连接结构以及用于模拟真实飞机重量分布的配重体；

其中，所述蒙皮、纵向构件、横向构件、操纵面及操纵面内部构件和连接结构按照设计尺度比设计刚度比将真实飞机部件结构进行缩比得到结构的形状及尺寸；

所述配重体按设计重量比对比结构重量与真实飞机部件缩比重量的偏差，通过重量分布计算确定的配重体位置、配重体重量及配重体尺寸；

通过3D打印技术打印所述模型中的蒙皮、纵向构件、横向构件、操纵面及操纵面内部构件和连接结构及配重体。