CN111027144B - 一种基于刚度的翼盒选型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于飞机结构设计领域，具体涉及一种基于刚度的翼盒选型方法。本发明通过盒段剖面扭转刚度与剖面质量的效率比进行快速的盒段方案对比和选择，特别适合于翼盒中的重要承载结构梁的个数和位置的确定；本发明所具有的优点是能够实现不同翼盒布置方案的快速对比，有效提高了飞机设计初期方案的迭代速度且对翼盒的刚度指标进行了评估。
Description
技术领域
本发明属于飞机结构设计领域，具体涉及一种基于刚度的翼盒选型方法。
背景技术
现有的飞机翼盒从受力形式分为：梁式、单块式和多腹板式，目前翼盒初步选型多以结构效率图进行结构形式的选择，主要由翼盒根部弯矩M,翼盒根部高度平均值H,翼盒根部宽度B决定。此方法只适合最初期的方案选择，且对于翼盒的重要指标-刚度无法进行评估；有限元计算也是翼盒选型的一个重要方法，可对翼盒布置进行强度和刚度的评估，但此方法建模耗时长，技术要求高，无法实现翼盒的快速调整和对比。
发明内容
本发明的目的：为了解决在翼盒设计初期，通过盒段剖面扭转刚度与剖面质量的效率比进行快速的盒段方案对比和选择，特别适合于翼盒中的重要承载结构梁的个数和位置的确定。
本发明创造的技术方案：一种基于刚度的翼盒选型方法，其特征在于：
(1)计算双梁和三梁的翼盒的扭转刚度(GJ)1、(GJ)2；
(2)通过剖面参数和选材分布，对双梁和三梁翼盒进行剖面质量M1、M2的计算；
(3)通过(GJ)1/(GJ)2的比率与M1/M2比率进行对比，比率值较大的方案为较优方案。
所述剖面参数：对于蒙皮指蒙皮的厚度，长桁指长桁的剖面积，梁包括梁缘条剖面及梁腹板厚度。
所述选材分布：指盒段中蒙皮、梁、长桁的不同选材。
所述双梁翼盒扭转刚度计算公式如下：
F:闭室面积；t：闭室中零件厚度；G闭室中结构剪切模量；∫ds：闭室中各段求积分
所述闭室内的各段分成n分处理其中ds1：第一段微元t1：第一段零件厚度G1：第一段结构剪切模量dsn：第n段微元tn：第n段零件厚度Gn：第n段结构剪切模量。
所述三梁翼盒扭转刚度计算公式如下：
(代表一个壁)/>(代表一个壁)
(一个室，代表壁在内)/>(一个室，代表壁在内)
(一个室，代表壁在内)/>(一个室，代表壁在内)F1，F2分别为两个室的面积b1,2、b1,1、a1,2、a1,1、b2,2、a2,2为推导过程中的相关系数，其中b1,1、a1,1、b2,2、a2,2分别是对闭室即包围结构进行计算，其计算方法与双梁单闭室计算方法相同。b1,2、a1,2分别是对两个闭室的公共部分进行计算即图二中的中间梁。t：闭室中零件厚度G闭室中结构剪切模量ds：闭室中各段求积分。
所述包围结构进行计算方法与双梁单闭室计算方法相同。
所述翼盒剖面质量计算公式如下：
M1即为双梁结构剖面的剖面质量，M1＝ds1t1ρ1+.....dsntnρn
其中ds1：第一段微元t1：第一段厚度ρ1：第一段微元密度
dsn：第一段微元tn：第一段厚度ρn：第一段微元密度
所述M2可参照计算M1方法。
本发明所具有的优点是能够实现不同翼盒布置方案的快速对比，有效提高了飞机设计初期方案的迭代速度且对翼盒的刚度指标进行了评估。
附图说明
图1现有技术一种基于刚度的翼盒选型方法
图2双梁翼盒简化模型
图3三梁翼盒简化模型
图4实施例双梁示意图
图5实施例三梁示意图
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步详细说明：
如图2-图3所示，一种基于刚度的翼盒选型方法，(1)计算双梁和三梁的翼盒的扭转刚度(GJ)1、(GJ)2；
(2)通过剖面参数和选材分布，对双梁和三梁翼盒进行剖面质量M1、M2的计算；
(3)通过(GJ)1/(GJ)2的比率与M1/M2比率进行对比，比率值较大的方案为较优方案。
所述剖面参数：对于蒙皮指蒙皮的厚度，长桁指长桁的剖面积，梁包括梁缘条剖面及梁腹板厚度；所述选材分布：指盒段中蒙皮、梁、长桁的不同选材。
所述双梁翼盒扭转刚度计算公式如下：
F:闭室面积；t：闭室中零件厚度；G闭室中结构剪切模量；∫ds：闭室中各段求积分
所述闭室内的各段分成n分处理其中ds1：第一段微元t1：第一段零件厚度G1：第一段结构剪切模量dsn：第n段微元tn：第n段零件厚度Gn：第n段结构剪切模量。
所述三梁翼盒扭转刚度计算公式如下：
(代表一个壁)/>(代表一个壁)
(一个室，代表壁在内)/>(一个室，代表壁在内)
(一个室，代表壁在内)/>(一个室，代表壁在内)F1，F2分别为两个室的面积b1,2、b1,1、a1,2、a1,1、b2,2、a2,2为推导过程中的相关系数，其中b1,1、a1,1、b2,2、a2,2分别是对闭室即包围结构进行计算，其计算方法与双梁单闭室计算方法相同。b1,2、a1,2分别是对两个闭室的公共部分进行计算即图二中的中间梁。t：闭室中零件厚度G闭室中结构剪切模量ds：闭室中各段求积分。
所述包围结构进行计算方法与双梁单闭室计算方法相同。
所述翼盒剖面质量计算公式如下：
M1即为双梁结构剖面的剖面质量，M1＝ds1t1ρ1+.....dsntnρn
其中ds1：第一段微元t1：第一段厚度ρ1：第一段微元密度
dsn：第一段微元tn：第一段厚度ρn：第一段微元密度
所述M2可参照计算M1方法。
实施例：
如图4-图5所示，以某型号设计过程为例，在设计初期存在以下2种方案，按照5中方案进行如下计算：
为了取得典型结果，沿翼展方向取翼型较高和较低2个剖面，梁剪切模量G值取：17.8GPa；蒙皮G值取：20.9GPa
表二：尾翼三梁、双梁结构效率对比
从表2中可以看出，此翼面采用三梁结构组成双闭室，盒段的整体扭转刚度有较小增加，但不到百分之四；而重量增加相对较多，在11％～13％，因此总的结构效率会降低。
从计算分析中可以看出，对于某翼面这样相对厚度较大(13％)，绝对厚度较厚(最厚约900mm)的盒段来说，采用三梁结构乃至多腹板结构布置，增加中间的梁或腹板，对盒段结构的扭转刚度有微小增加，但重量增加较多，结构效率并不高。最终基于此方法选择双梁结构。
按照上述方法，还可以将中梁布置在翼面弦向不同的位置进行对比，得出较优布置，计算过程与对比方法相同，不再累述。
Claims (5)
1.一种基于刚度的翼盒选型方法，其特征在于：
(1)计算双梁和三梁的翼盒的扭转刚度（GJ）1、（GJ）2 ；
(2)通过剖面参数和选材分布，对双梁和三梁翼盒进行剖面质量M1、 M2的计算;
(3)通过(GJ)1/(GJ)2的比率与M1/M2比率进行对比，比率值较大的方案为较优方案;
所述双梁翼盒扭转刚度计算公式如下：
GJ=
F:闭室面积 ；J:扭转常数 ；t：闭室中零件厚度； G闭室中结构剪切模量；：闭室中各段求积分
所述闭室内的各段分成分处理/>= />，其中/>：第一段微元， />：第一段零件厚度， />：第一段结构剪切模量， />：第n段微元， />：第n段零件厚度 ，/>：第n段结构剪切模量；
所述三梁翼盒扭转刚度计算公式如下：
代表一个壁；/>代表一个壁；
一个室，代表壁在内；/>一个室，代表壁在内；
一个室，代表壁在内；/>一个室，代表壁在内；
，/>分别为两个室的面积；
、/>、/>、/>、/>、/>为推导过程中的相关系数，其中/>、/>、/>、/>分别是对闭室即包围结构进行计算，其计算方法与双梁单闭室计算方法相同；/>、/>分别是对两个闭室的公共部分进行计算；t：闭室中零件厚度；G闭室中结构剪切模量；ds：闭室中各段求积分。
2.如权利要求1所述的基于刚度的翼盒选型方法，其特征在于：所述剖面参数：对于蒙皮指蒙皮的厚度，长桁指长桁的剖面积，梁包括梁缘条剖面及梁腹板厚度。
3.如权利要求1所述的基于刚度的翼盒选型方法，其特征在于：所述选材分布：指盒段中蒙皮、梁、长桁的不同选材。
4.如权利要求1所述的基于刚度的翼盒选型方法，其特征在于：所述包围结构进行计算方法与双梁单闭室计算方法相同。
5.如权利要求1所述的基于刚度的翼盒选型方法，其特征在于：所述翼盒剖面质量计算公式如下：
M1即为双梁结构剖面的剖面质量，
其中：第一段微元 ，/>：第一段厚度， />：第一段微元密度，
：第一段微元 ，/>：第一段厚度， />：第一段微元密度，
所述M2可参照计算M1方法。
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