飞机机翼毕业论文

千字三百，若需联系

我认为飞机的机翼有利于飞行，它可以使气流相互运转，飞机的机翼和飞机上其他的零件相互配合，提高飞机的飞行速度。

纤维增强树脂基复合材料层合结构具有比强度高、比刚度大、阻尼特性好、疲劳寿命长、结构可设计性强等优点,在航空、航天及一些特殊领域中被广泛使用。然而,复合材料的各向异性,非均匀性等特点给复合材料结构的力学分析带来了一系列的挑战。尤其在航空航天领域,飞行器在运行过程中所处的环境和所受的载荷都非常复杂。除了考虑飞行器在这些复杂环境下的自振特性和确定性外载作用下的动力响应外,考虑随机性外载的影响也不容忽视。随机振动理论和方法就是处理这类问题的先进思想和重要手段,但在国内外航空航天领域中还很少实际应用,主要原因之一就是现有随机振动分析方法复杂而且低效,这在很大程度上限制了飞行器设计水平的提高。虚拟激励法是高效精确的随机振动分析方法,迄今已经在大跨度结构抗震、抗风,海洋平台和汽车随机振动等多个工程领域被数以百计的专家针对各工程领域的特点予以发展而取得很多实际成效。但是迄今为止,这一有力的工具却并未在航空航天领域被充分认识和应用,在这些具有战略意义的重要领域中,所应用的随机振动分析方法依然复杂低效,缺乏创新意识。本论文针对这一现状,依据航空航天领域材料和结构的复杂性,以及飞行器所处环境的复杂性,将虚拟激励法作了有针对性的发展,以完全自主版权的DDJ有限元程序系统为开发平台,完成了求解复合材料结构随机振动的高效精确分析程序。本论文中,着重对如下问题进行了研究:1.建立了基于Mindlin一阶剪切变形理论的复合材料层合板有限元分析模型,推导了层合板的有限元列式,在DDJ程序平台上对复合材料层合板的自振频率和模态进行了分析。将虚拟激励法引入到航空航天领域广泛使用的复合材料层合结构的随机振动分析中,针对复杂的复合材料结构有限元模型和非经典阻尼体系,发展了包含全部参振振型和随机激励点之间耦合项的随机振动高效求解方法,比较圆满地解决了传统计算方法精度差、效率低的应用障碍。2.本文推广虚拟激励法于敷设粘弹性阻尼层的复合材料层合结构的平稳和非平稳随机振动分析,建立了高效精确计算方法。尤其是综合考虑了粘弹性阻尼材料的性能参数随频率变化的特点以及复合材料层合结构本身的模态阻尼,建立了组合系统的非经典阻尼表达。为了解决随频率变化的非经典阻尼体系的平稳/非平稳随机响应,本文结合精细积分方法提出了一种直接解法,只需用原系统的实模态对虚拟激励法做出相应的发展,就可精确地求解频变阻尼系统的随机振动。据此对飞机水平尾翼的复合材料安定面结构进行了模拟研究,从精细的计算模型及合理的计算结果可以看出,本文所提出的方法对于这类相当复杂的复合材料结构的随机振动分析十分有效。3.研究飞机对大气紊流响应的主要方法是随机振动功率谱法。用高效、精确的分析方法计算不同飞行环境下飞机的响应,以预测飞机疲劳寿命和可靠度等是航空工程领域研究热点。本文在考虑了二维平面流中简谐振动平板产生的非定常力基础上,又按照虚拟激励法的特点同时考虑了竖向简谐风的影响,进而研究了复合材料二维机翼的大气紊流响应。随机激励谱选用了Dryden紊流频谱模型。结果表明,在处理二维机翼在大气紊流响应的随机问题中,基于简谐响应分析的虚拟激励法不但是精确算法,而且效率非常高,具有很大的实用优势。发展这一方法对于该领域的数值计算是很有价值的。4.计算流体动力学(CFD)是研究流体动力学的有力工具。本文为计算机翼颤振/抖阵分析中的气动参数,首次使用雷诺平均湍流模型对二维翼型截面的颤振导数进行了求解。基于等最新提出的CFD网格控制算法以及所建立的数值风洞,计算了结构简谐运动下的气动力,并识别了湍流场中NACA0012翼型的颤振导数。将由此得到的颤振导数和气动力应用到大气紊流引起的随机振动计算中,并将计算结果与基于Theodorsen函数得出的响应解析解进行比较,得到了相当满意的一致。本文计算的CFD气动参数充分考虑了气体的分子粘性和紊流粘性,其作用相当于附加阻尼,因此比Theodosen函数方法限制更少、应用范围更广,而且在此基础上还可以考虑三维流和可压缩性。因此本文实施的基于CFD的气动力计算方法具有广阔的应用前景,将成为应用虚拟激励法于航空航天结构时确定气动参数的有力工具。可以说,这一成功的尝试为随机振动方法更广泛地应用于航空航天工程走出了很重要的一步。

在俄罗斯茹可夫斯基飞行试验中心,集俄罗斯航空工业近年来的研究成果和最新技术于一身的一37战斗机莫斯科航展上惊鸿一现,激起了世界航空界的浓厚兴趣,同时也揭起了俄罗斯开发前掠翼战斗机的神秘面纱的一角..一37战斗机可以说是世界上第一种真正的前掠翼战斗机,其特点是机翼前掠,采用非传统的三翼面鸭式气动布局,双垂尾向外倾斜,留有一对水平尾翼.一37战斗机在亚音速飞行时,具有极好的气动性能和大迎角状态下的机动性能,适于作过失速机动.不过,从概念上来说,前掠翼战斗机并非是一项全新的设计概念,它应该说是早期胎死腹中;而后又由于新技术的发展而起死回生的设计概念的典型代表.早在第二次世界大战期间,德国的飞机设计师们就已经感到,飞机在高亚音速机动时,前掠翼飞机在抑制空气压缩效应方面,似乎要明显优于后掠翼战斗机(后掠翼战斗机存在着翼尖失速问题).而且,后掠翼战斗机在结构设计方面还有很多优点,如当时德国设计制造的"容克"一87轰炸机,采用了具有15度前掠角的前掠机翼,这一设计使机翼与机体结构的衔接避开了弹舱位置,从弹舱的后面通过.又如1964年首<>飞的德国一320汉莎商务机,其前掠翼设计使机翼衔接处位于增压式座舱的后面,从而非常轻松地与机体融合在一起.不过,必须指出的是,以上两种飞机机翼的前掠角都被严格地限制在15度以内.然而,尽管人们开始认识到前掠翼飞机存在着许多潜在的优点,可是前掠翼飞机并没有得到全面发展,反而夭折在了襁褓之中,这是由于在当时还有许多技术上的难点无法克服.我们知道,对于后掠翼飞机来说,当机翼迎角增大,升力增大时,机翼会产生负囝倪志明马红丽/文扭转(机翼外洗),也就是机翼产生的扭转变形使机翼后缘抬高,前缘降低,机翼相对于气流来向的迎角减小,从而减小了升力.这时,机翼的结构是稳定的,只是,在大迎角状态下会产生翼尖失速,而且机翼的弯曲会诱发颤振.对于金属结构的前掠机翼来说,情况却正好相反,当迎角增大时,升力增大,机翼产生正扭转(机翼内洗),也就是机翼产生的扭转变形使得机翼的前缘抬高,后缘降低,机翼相对于气流来向的迎角反而增大,使机翼升力和扭转变形继续增大.这种不稳定性称为气动弹性发散现象,机翼前掠角度越大,这种现象就越严重.实践经验表明,对于后掠机翼可能产生的颤振问题,可以通过重力补偿(比如在机翼前缘采用较重的金属结构,从而人为地设定一个反作用力矩)的办法来降低机翼颤振,此外,解决翼尖失速问题的方法也是多种多样的.但是,要消除前掠机翼的气动弹性发散现象,就必须增加机翼结构的强度,才能确保前掠机翼在飞机高速飞行时不被撕裂.但是加强机翼结构强度会使飞机的重量大大增加,如果前掠角度过大,金属结构的前掠翼就会过于笨重,因而在高速飞行时就不可能有很强的机动作战能力,从而抵消了前掠翼带来的优越性.显然,在当时的技术条件下,解决后掠机翼产生的问题要比解决前掠机翼产生的问题容易得多,所以,几年以后,前掠机翼技术中途停止.进入70年代以后,随着先进的复合材料技术的飞速发展,给前掠机翼技术的应用带来了新的希望.通过对复合材料的应用研究,设在美国俄亥俄州赖特一帕特森空军基地的美国空军飞行动力实验室最早提出了一种利用复合材料进行"定制"结构设计的概念.1974年,在马里兰大学攻读哲学博士学位的诺里一37采用了前掠翼布局,拥有良好的低速机动性斯??小克朗空军中校撰写的毕业论文《利用先进的复合材料消除机翼正扭转》,第一次将"定制"结构设计与前掠机翼联系起来.所谓"定制"结构设计,就是在采用复合材料制造机翼结构时,通过精心计算,有意识地改变前掠机翼复合材料中碳纤维的线性分布(如方向,厚度等),控制好前掠机翼的扭转力矩轴,使机翼受载时,升力产生的扭转力矩与复合材料制造的这种前掠机翼"固有的"几何力矩相互抵消,从而控制住前掠机翼的扭转变形方向,使前掠机翼变成稳定结构.应该说,小克朗中校的论文写得正是时候,因为当时的飞机设计师们正好也在思考如何解决飞机在大迎角状态下作战的问题.在大迎角状态下,后掠翼飞机往往容易遇到无法克服的翼尖失速,过度的上反角效应和副翼失效等问题.1977年,美国国防部高级研究设计局()开始出资让通用动力公司,格鲁曼公司和洛克韦尔公司分别进行前掠机翼结构的模型试验.通用动力公司以一16战斗机为基础设计了一架尾翼后置的前掠翼飞机,但是另外两家公司开发的则是鸭式布局的前掠翼飞机.采用鸭式布局,其前置翼面的下洗气流能够有效地抑制和消除前掠翼飞机特有的翼根失速现象,因此,鸭式布局比较适用于前掠翼飞机.1981年,格鲁曼航空航天公司(即现在的诺思罗普公司)与美国国防部高级研究设计局签署合同,开始开发研究一29前掠翼验证机,并制造了两架样机,这两架样机的机翼部分全部采用了碳纤维环氧复合材料,1984年,第一架前掠翼试验飞机一29在美国爱德华空军基地正式升空,从1984年12月14日到1992年1月18日,两架一29验证机先后进行了成功的试验飞行.采用复合材料后,前掠机翼的优点马上就发挥出来了,它不仅具有后掠机翼提高临界马赫数,降低波阻的优点,还从根本上克服了翼尖失速的缺点.加上布局的特点,使它具有下列主要优点:一是升力特性好.由于前掠机翼没有翼尖失速问题,因此,大部分机翼的潜力能充分发挥,产生出最大升为.于是,低速性能尤其是起飞着陆性能远远优于后掠翼飞机,能在更短的跑道上起降.二是升阻比高.前掠机翼不仅有用升力大,而且升力展向分布较好,即使在大迎角下,展向仍能保持椭圆分布,因此,诱导阻力小,升阻比高.升阻比的提高,增大了飞机的最大航程和作战半径.三是大迎角时操纵性好.前掠机翼克服了翼尖失速的缺点后,即使在大迎角下,仍能保证副翼有良好的操纵性能.四是采用前掠机翼的飞机便于采用近距耦合鸭式布局.此外,采用前掠机翼的飞机还有一些其他优点,例如,配平阻力小,超音速航程大,具有抗螺旋特性,飞机布局灵活性大等.目前,最新型的前掠翼飞机就是俄罗斯苏霍伊设计局设计的一37前掠翼战斗机.一37于1997年9月23日进行首飞