[发明专利]联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法

权利要求书

1.一种联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：给定联结翼布局飞机的初始气动外形参数及结构参数，并指定设计工况、约束条件与目标函数；

步骤2：对联结翼布局飞机初始气动外形进行气动性能评估分析，得到联结翼布局飞机前翼和后翼的气动载荷分配及气动性能参数；

步骤3：根据联结翼布局飞机的初始结构参数构建结构有限元模型，并将依据步骤2得到的气动性能参数解算得到的气动载荷，以及结构惯性载荷施加到有限元模型上，进行有限元分析，计算得到初始结构构型结构方案的位移、扭转角、应力刚强度指标及前翼和后翼的变形协调关系；

步骤4：以前翼以及后翼的弦长、攻角、主梁外径、主梁壁厚的分布拟合系数作为设计变量；根据设定的联结翼布局飞机气动外形参数上下限和结构参数上下限确定设计变量上下限；

步骤5：以联结翼布局飞机升阻比最大和结构重量最小作为优化目标，考虑设定的气动性能约束和结构约束，以及步骤4得到的设计变量上下限约束，构建优化模型；采用优化算法进行气动和结构设计变量迭代寻优；迭代优化过程中，根据通过当前迭代设计变量确定的联结翼布局飞机气动外形和结构参数，进行气动性能评估分析以及结构有限元分析，得到当前迭代下的联结翼布局飞机前翼和后翼的气动载荷分配以及变形协调关系；最终根据最优的设计变量优化结果得到对应的联结翼布局飞机前翼和后翼的气动载荷分配以及变形协调关系。

2.根据权利要求1所述一种联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法，其特征在于：步骤1中，气动外形参数包括前翼及后翼的翼型、展长、弦长、攻角分布，结构参数包括前翼及后翼的主梁弦向站位、外径、壁厚，翼肋缘条和腹板的尺寸。

3.根据权利要求1所述一种联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法，其特征在于：步骤1中，所述设计工况包括飞行高度、大气密度、声速、马赫数、静压、过载系数、安全系数；所述约束条件包括升力系数、全机力矩系数、全机焦点变化范围、最大位移、最大扭转角、结构屈曲因子、颤振速度、发散速度；所述目标函数包括升阻比、结构重量。

4.根据权利要求1所述一种联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法，其特征在于：步骤2中，进行气动性能评估分析的过程为：采用自适性网格划分方法对联结翼布局飞机初始气动外形进行网格划分；并采用深度学习方法进行气动性能评估分析：以涡格法计算的多种联结翼布局飞机气动外形参数及结构参数下的气动性能参数作为训练集进行深度学习，得到深度学习模型，利用训练好的深度学习模型快速求解气动性能参数。

5.根据权利要求1所述一种联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法，其特征在于：步骤2中，所述气动性能参数包括：升力系数、升阻比、全机力矩系数、全机焦点、前翼压力分布、后翼压力分布。

6.根据权利要求1所述一种联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法，其特征在于：步骤3中，采用分布载荷转换方法将气动载荷以及结构惯性载荷施加到有限元模型上；所述分布载荷转换方法包括三点挑方法、多点挑方法、薄板样条插值方法或代理模型。

7.根据权利要求1所述一种联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法，其特征在于：步骤3中，前翼及后翼的弦长分布以及攻角分布，采用线性函数或二次函数进行拟合；前翼及后翼的主梁外径分布以及壁厚分布采用线性函数或二次函数进行拟合。

8.根据权利要求7所述一种联结翼布局飞机气动载荷分配与结构变形协调设计方法，其特征在于：步骤4中，结合线性函数或二次函数拟合公式，根据联结翼布局飞机前翼及后翼的弦长、攻角上下限确定与气动相关的设计变量上下限；根据联结翼布局飞机前翼及后翼的主梁外径和壁厚的上下限确定与结构相关的设计变量上下限。