轻型无人机翼面元件尺寸设计与选材研究

无人机采用薄蒙皮梁式结构具有较高的结构效率,抗弯材料集中在翼梁缘条上,受压缘条的失稳临界应力接近于材料的极限应力.轻型小翼展无人机机翼设计时可采用多种材料:轻木、金属和复合材料.不同构型的设计特点各不相同,各种材料的适用的部件亦有差别.通过计算四种材料在同种机翼参数下的翼面各构型元件质量和全机翼结构质量,对比总结出轻型无人机各元件较为合理的材料选择.     

整体化壁板桁条末端设计及试验研究

复合材料结构整体化设计时,由于设计要求或设计限制条件,机翼壁板的长桁常常在翼肋、机翼的前后梁附近、机翼的油箱附近等部位终止,在长桁截止端处应力集中水平较高,极易引起缘条／蒙皮界面脱胶分层。设计四种不同构型的截止端试件,并开展相应的拉伸试验研究,结果表明,B组试件的截止端斜削构型最优,应力集中水平最低且损伤扩展最小的截止端构型;试验中采用A超检测损伤的发法是可行的,能够直观地呈现出损伤扩展的历程。     

整体化壁板桁条截止端损伤监测的试验研究

复合材料结构整体化设计时,由于设计要求或设计限制条件,机翼壁板的长桁常常在翼肋、机翼的前后梁附近、机翼的油箱附近等部位终止。在长桁截止端处应力集中水平较高,极易引起缘条/蒙皮界面脱胶分层。设计4种不同构型的截止端试件,并开展相应的拉伸试验研究。结果表明,B组试件的截止端斜削构型最优,应力集中水平最低且损伤扩展最小的截止端构型;试验中采用A超检测损伤的发法是可行的,能够直观地呈现出损伤扩展的历程。     

机翼载荷传递结构的质量估算

为了在机翼设计的初始阶段,给出比较准确的结构质量估算,在承载因子的基础上,结合变满应力理论与有限元技术,提出了一种采用承载因子系数进行质量估算的方法,并给出了其在桁条蒙皮式机翼结构中的应用方案.以5种外形相同但内部载荷传递结构不同的三角机翼为例,质量估算结果表明:在机翼设计的初始阶段,此方法不仅可以估算和比较不同承载结构方案的效率,同时也能预测出其相对更为准确的结构质量.     

基于MSC.Nastran的全尺寸无人机动态特性有限元分析

以某型无人机研制为背景,利用MSC.Patran建立了全尺寸无人机有限元模型,调整结构质量特性使其与设计参数一致,利用MSC.Nastran计算全机模态,得到全机的固有频率和振型。结果分析表明：采用高模量的碳纤维复合材料结构对于提高机翼、尾翼刚度和改善飞机性能具有重要作用。为无人机全机结构动态特性试验和设计提供了依据。     

随机谱载荷下无人机机翼外挂物悬挂挂架的损伤容限分析

机翼外挂物悬挂挂架结构的损伤容限分析是确保结构安全、实现预期目标任务的重要内容,目前针对无人机机翼外挂物悬挂挂架的损伤容限分析及研究较少.以大展弦比无人机机翼组合探头挂架为例,进行了机翼外挂物悬挂挂架损伤容限分析.根据机翼组合探头挂架的结构设计特征,建立了挂架的有限元分析模型,通过疲劳载荷工况应力分析确定了疲劳危险点,采用随机编谱方式,获得了分析部位的损伤容限载荷谱.基于断裂力学,采用Runge-Kutta方法来估算裂纹扩展行为,得到了分析部位的裂纹扩展曲线,获得了裂纹扩展特性.分析结果表明,该挂架的分析部位的裂纹扩展寿命为11 615 250次飞行起落,满足预期的剩余强度值设计要求,可根据裂纹扩展寿命制定检查间隔.     

快速部署无人机充气机翼设计与分析

为完成快速部署无人机充气机翼设计与分析,考虑翼型重合程度、蒙皮质量及加工工艺等因素对充气机翼设计的影响,对充气机翼进行优化设计.结合柔性薄膜理论,建立充气悬臂机翼的等效梁模型,提出一种充气机翼蒙皮应力计算及分析方法.对不同内外压差、气动载荷下的蒙皮应力分布及机翼充气压差对临界气动载荷的影响进行分析.研究结果表明:蒙皮弦...     

加装翼尖小翼的仿生机翼在临近空间的气动性能分析

参照某型在飞无人机采用仿海鸥翼型设计出平直机翼并在其基础上加装翼尖小翼。通过对两种机翼的数值模拟,得出了加装翼尖小翼仿生机翼的气动性能明显优于平直机翼,加装小翼后仿生机翼有效地减小了下洗速度,降低了诱导阻力,使得机翼的气动性能有明显的改善。为无人机机翼的设计提供理论参考。
     

索网蒙皮结构超压气球的设计与分析

为改进超压气球当前裁剪设计的缺陷,提出了一种索网蒙皮结构超压气球的设计方法.不同于通常采用与蒙皮固定的加强筋承担纵向应力的方法,该方法采用能与蒙皮相对滑动的绳索来承担大部分的纵向应力,同时兼具2-D裁剪设计和3-D裁剪设计的优点.通过改变绳索的预紧力实现了对球形初始构型的控制.采用等强度设计准则,根据蒙皮材料和绳索材料的极限强度计算得到了超压气球合理的初始构型,提高了材料的利用效率.讨论了各参数对超压气球极限压差的影响,其对于超压气球的结构设计与力学分析具有参考价值.     

基于构型设计的包装容器缓冲效应数值分析

基于材料结构塑性变形能量耗散机理,提出了3种基于构型设计的安全包装容器,并采用Abaqus/Explicit有限元软件针对包装容器不同姿态自由跌落进行了数值模拟,分析了容器结构50 m高度自由跌落正碰、侧碰和斜碰金属靶体的冲击响应.数值结果给出了不同冲击环境下安全包装容器各部件变形及应力分布,讨论了不同结构形式包装容器的冲击缓冲性能.研究表明,3种构型设计的包装容器均能承受50 m高度自由跌落冲击,基于外壁凸起的薄壳结构和低阻抗宽平台应力材料填充方式的缓冲设计方法均能实现对被保护体有效的冲击防护.      

新型双机身鸭式布局无人机气动特性

优化载重性能的气动布局设计是当前无人机研究重要方向,为提高物资运载能力和结构性能,基于连接翼、双机身、鸭式布局设计,提出一种新型双机身鸭式布局无人机,采用FLUENT详细研究了两种飞行速度下的升阻特性、压力云图、涡量分布等。研究结果表明,双机身鸭式布局无人机具有较高的升阻性能,速度提高时,升力系数增加而阻力系数减小,速度由30 m/s增加到60 m/s时,最大升力系数增加7.6%,升阻比增加4.8%;从表面压力云图看,升力主要贡献为前机翼、鸭翼和后机翼,失速迎角前后,后机翼未受前机翼和鸭翼气流干扰,提高了无人机的失速特性;巡航迎角状态的涡量较弱,仅在翼梢及部件连接处出现,失速迎角前后,翼梢、部件连接处涡系增强,且产生了干扰,机翼表面趋于分离。     

干涉配合对飞机机翼螺栓连接结构力学性能的影响

为了研究干涉量对螺栓连接结构力学性能的影响,以航空工程中常用的飞机机翼螺栓干涉连接结构模型为研究对象,采用了基于试验验证的有限元分析方法,通过试验验证了所建立的螺栓连接结构三维弹塑性有限元分析模型的可靠性,在此基础上建立了6种不同干涉量下飞机机翼螺栓连接结构的参数分析模型,系统地分析不同干涉量对螺栓连接结构孔边应力分布...     

层合机敏结构的变形传递和层间应力分析

建立了一种承受弯矩及正应力加载下结构材料与压电陶瓷传感／执行器的应力应变传递关系模型，获得了位移、应力、应变等场量方程。模拟了压电陶瓷作为传感器时结构的变形传递及作为执行器时的应力分布和变形传递，并与实验和有限元分析结果进行了比较。结果显示：模型得出的理论值与试验和有限元结果较为接近；当本体材料两面贴压电陶瓷并加同向电压（即只受纵向载荷作用），本模型与已有的一些模型模拟结果近似，但此模型能同时分析承受弯曲加载的智能结构情况；压电陶瓷作为执行器时，层间正应力和层间剪应力在中间都比较平缓，到接近边缘处有一应力集中，实际制作时应加强此处粘接强度，以防在高应力加载或循环下压电陶瓷剥落。     

整体加筋翼梁结构止裂性能研究

利用ANSYS软件,研究了整体加筋翼梁结构止裂筋位置和截面不同时的应力强度因子和裂纹扩展特性,为了便于比较,并对无止裂筋梁进行了分析。给出了不同止裂筋位置和截面宽厚比下的应力强度因子曲线,分析了止裂筋断裂后对整体加筋翼梁的影响。最后,在给定止裂筋重量条件下讨论了最优止裂性能筋条的宽厚比。     

机翼前缘局部填充泡沫铝抗鸟撞特性

在保证飞机机翼前缘质量特性的前提下,通过一种泡沫铝局部填充机翼前缘的优化结构来提高机翼前缘的抗鸟撞性能。通过LS-DYNA软件分别开展机翼前缘未填充和局部填充泡沫铝材料抗鸟撞分析,研究两者撞击响应、前墙响应和吸能特性的差异性,并基于D80气炮开展鸟撞铝板试验来验证鸟体本构参数的准确性和有效性。研究结果表明:通过减少蒙皮厚度并局部填充泡沫铝的方式能够在优化机翼前缘质量的同时有效地增强机翼前缘的抗冲击强度;机翼前缘局部填充泡沫铝之后前墙面板中心点位移以及等效应力得到有效降低,填充机翼前缘结构比空机翼前缘结构能够更有效地抵御鸟体撞击;在蒙皮和泡沫铝的共同作用下,局部填充泡沫铝的机翼前缘能够比空机翼前缘在相同撞击工况下吸收更多的能量。     

钢-混凝土组合梁的非线性杆系有限元分析

根据截面应符合平截面假定等基本假设提出了预应力钢-混凝土简支组合梁全过程工作中钢梁下翼缘应力达到0.2fsy、钢梁下翼缘初始屈服、钢梁腹板下翼缘0.3hw高度处屈服及构件正截面破坏这4个特征状态的弯矩、曲率计算公式.基于这些特征点,运用最小二乘法分析得到组合梁截面弯矩-曲率关系的解析表达式.此外,利用该解析表达式建立了组合梁的有限元分析模型,推导了组合梁的单元刚度矩阵,编制了相应的非线性全过程分析程序.该方法考虑了混凝土压碎、钢梁材料硬化对结构性能的影响,计算简单,易于在计算机上实现,计算结果与实测结果较吻合.     

基于虚拟仪器技术的应变测试系统

针对虚拟仪器技术在组建测试系统上的巨大优势,研讨了基于虚拟仪器技术实现应变自动测试的方式和方法,即基于虚拟仪器技术的应变测试系统的硬件组成、应变测试系统的原理以及利用LabVIEW软件实现该系统的具体方法,从测试程序前面板上绘出的应力一应变曲线的斜率得出被测构件材料的弹性模量,从而可知被测构件的材料．试验测得悬臂梁的弹性模量,是与已知悬臂梁的材料为金属铜相符的．组建的测试系统可用于鉴定金属材料的主要成分．     

喷嘴倾角对PDC钻头齿水射流清洗力影响的实验研究

为了对PDC钻头水力结构及参数进行优化设计和优选,对不同喷嘴倾角下水射流钻头齿清洗力的影响进行了实验研究.实验装置的测量杆件是根据悬壁梁原理设计的.用均布于模拟钻头刀翼上的五根测杆,可以测出水射流对模拟钻头齿上的水力清洗力.实验结果表明,一般情况下.水射流对各测杆的清洗力随喷嘴倾角的增大而增大.倾角一定时,靠近喷嘴出口的测杆受力较大.钻头外缘上的测杆受力较小.