Выбор геометрических параметров крыла с комплексным учётом аэродинамической и весовой эффективности

• Автор: Кузнецов, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Основные обозначения и сокращения
Введение
Глава 1 Обзор подходов к проектированию летательных аппаратов
1.1 Основные тенденции развития транспортной авиации
1.2 Процесс проектирования летательного аппарата. Роль математического моделирования
1.3 Много дисциплинарная оптимизация
1.4 Методы расчёта аэродинамических характеристик
1.5 Методы расчёта массы конструкции
1.6 Алгоритм отыскания равнопрочной конструкции. Силовой фактор
1.7 Оценка относительной массы конструкции на основе модели тела переменной плотности и коэффициента'силового фактора
1.8 Выводы по главе
1.9 Цели и задачи исследования
Глава 2 Выбор геометрических параметров крыла на основе совместного учёта аэродинамической и весовой эфективности
2.1 Постановка задачи выбора рациональных геометрических параметров крыла
2.2 Целевая функция
2.3 Алгоритм выбора рациональных геометрических параметров крыла
2.4 Реализация алгоритма
2.5 Тестирование алгоритма
2.6 Сокращение вычислительных затрат за счёт использования свойств
коэффициента силового фактора
2.7 Выводы по главе
Глава 3 Оценка достоверности используемых моделей
3.1 Достоверность формулы Бреге
3.2 Достоверность расчёта аэродинамических характеристик
3.3 Достоверность расчёта деформаций крыла на основе модели тела переменной плотности
3.4 Достоверность расчёта массы конструкции крыла на основе модели тела
переменной плотности
3.5 Достоверность расчёта теоретической массы конструкции крыла
3.6 Выбор значения коэффициента полной массы

3.7 Сравнение с весовыми формулами
3.8 Выводы по главе
Глава 4 Решение демонстрационных задач
4.1 Исследование рациональных геометрических параметров магистрального самолёта нормальной аэродинамической схемы
4.2 Выбор рациональных геометрических параметров самолёта интегральной схемы
4.3 Выводы по главе
Основные результаты и выводы по работе
Список использованных источников
Приложение А Руководство пользователя
А.1 Общие сведения о программе
А.2 Установка программы на компьютер
А.З Переменные
А.4 Структура программы
А.5 Исходные данные
А.6 Расчёт геометрических параметров крыла
А.7 Построение аэродинамической модели
А.8 Аэродинамический расчёт
А.9 Построение конечно-элементной модели
А. 10 Расчёт нагрузок
А.11 Оптимизация распределения плотности и пересчёт деформаций
А. 12 Визуализация результатов

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Ск - коэффициент силового фактора;
СР - коэффициент давления;
Ст - коэффициент лобового сопротивления;
С - коэффициент подъёмной силы;
С;, - производная коэффициента подъёмной силы по углу атаки;
Е - модуль упругости первого рода, модуль Юнга;
Е - удельная жёсткость - модуль упругости при единичной плотности;
0 - силовой фактор;
К - аэродинамическое качество;
X - длина, характерный размер конструкции;
Лвпп ' потребная длина взлётно-посадочной полосы;
Ьр - расчётная дальность полёта;
М - число Маха;
Р - характерная нагрузка на конструкцию;
Р0 - стартовая тяговооружённость;
Я2 - коэффициент детерминации;
5 - площадь крыла;
V - объём, скорость;
Ут - скорость захода на посадку;
У - равнодействующая подъёмной силы, действующей на крыло;
Ь - хорда крыла;
с - относительная толщина профиля крыла; сР - удельный расход топлива;
/ - коэффициент безопасности; g - ускорение свободного падения;
# - функция ограничений;
1 - длина, размах крыла; т - масса конструкции;

высоту кэф, равную расстоянию между центрами тяжести наружных слоёв КЭМ (рисунок 1.9).
На рисунке 1.10 показано изменение силового фактора по итерациям оптимизации. Силовой фактор в ходе оптимизации снижается приблизительно на 30%. Это связано с тем, что брус с равномерным распределением плотности эффективно использует только две трети от полной строительной высоты, и соответственно в силовом отношении он приблизительно на 30% хуже рациональной балочной конструкции.
Рисунок 1.10 — Изменение значения силового фактора по итерациям
Разница в значениях силового фактора, полученных по результатам оптимизации и для идеальной балки, объясняется тем, что формула (1.10) выведена в предположении гипотезы плоских сечений и отсутствия поперечного взаимодействия между волокнами балки. В реальной конструкции стенка участвует в восприятии изгибающего момента, разгружая пояса, и поэтому значение силового фактора, рассчитанное по конечно-элементной модели, меньше, чем значение для идеальной балки.