Анализ прочности перспективных конструкций крыла регионального самолёта на основе параметрических моделей

Авиационная и ракетно-космическая техника


DOI: 10.34759/vst-2022-2-61-76

Авторы

Ведерников Д. В., Шаныгин А. Н.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

Аннотация

Представлены результаты комплексных параметрических исследований по анализу прочностных, жесткостных и весовых характеристик конструкции крыла большого удлинения регионального самолёта, в рамках подкосной и беcподкосной конструктивно-силовых схем (КСС) крыла, полученные на основе четырёхуровневого алгоритма с модифицированным модулем расчёта аэродинамических нагрузок. Использование данного алгоритма позволило обеспечить существенное уменьшение времени и трудоёмкости проведения комплексного анализа прочности и веса конструкции при сохранении высокой требуемой точности вычислений. Используемая в статье версия четырёхуровневого алгоритма основана на трёх принципах, позволяющих снизить трудоёмкость посредством декомпозиции отдельных составляющих вычислительной процедуры: применение четырёх прочностных моделей на основе метода конечного элемента (МКЭ) с различным уровнем детализации; разделение задач прочности по соответствующим уровням детализации; селекция случаев нагружения по степени критичности, на основе параметрических МКЭ- и нагрузочных моделей с вариацией их дискретности. В статье приведён ряд параметрических зависимостей значений прочностных и весовых параметров для конструкции крыла большого удлинения, для подкосных и бесподкосных КСС крыла гипотетического регионального самолёта.

Ключевые слова:

декомпозиция случаев нагружения, многоуровневые прочностные МКЭ-модели, крыло большого удлинения с подкосом, параметрические нагрузочные модели, весовые оценки крыла регионального самолёта

Библиографический список

  1. Elham A., La Rocca G., van Tooren M.J.L. Development and implementation of an advanced, design-sensitive method for wing weight estimation // Aerospace Science and Technology. 2013. Vol. 29. No. 1, pp. 100-113. DOI: 10.1016/j.ast.2013.01.012, 2013
  2. Schuhmacher G., Murra I., Wang L. et al. Multidisciplinary Design Optimization of a Regional Aircraft Wing Box // 9th AIAA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization (04-06 September 2002; Atlanta, Georgia). DOI: 2514/6.2002-5406
  3. Werner-Westphal C., Heinze W., Horst P. Structural sizing for an unconventional, environment-friendly aircraft configuration within integrated conceptual design // Aerospace Science and Technology. 2008. Vol. 12. No. 2, pp. 184–194. DOI: 1016/j.ast.2007.05.006
  4. Cavagna L., Ricci S., Travaglini L. NeoCASS: An integrated tool for structural sizing, aeroelastic analysis and MDO at conceptual design level // Progress in Aerospace Sciences. Vol. 47. No. 8, pp. 621–635. DOI: 10.1016/j.paerosci.2011.08.006
  5. Ковалевский А.К., Липин Е.К. Применение автоматизированного параметрического анализа для выбора рациональных конструктивно-силовых схем крыла // Ученые записки ЦАГИ. 1989. Т. 20. № 3. С. 91-100.
  6. Кудряшов А.Б., Липин Е.К., Шаныгин А.Н., Шевченко Ю.А. Применение системы МАРС в проектировочных расчетах авиационных конструкций // Ученые записки ЦАГИ. 1988. Т. 19. № 4. С. 71-8
  7. Röhl P., Mavris D.N., Schrage D.P. A Multilevel Decomposition Procedure for the Preliminary Wing Design of High-Speed Civil Transport Aircraft // 1st Industry/Acedemy Symposium on High Speed Civil Transport Vehicles (4-6 December 1994; Greensboro, NC). URI: http://hdl.handle.net/1853/6370
  8. La Rocca G., van Tooren M.J.L. Knowledge-Based Engineering Approach to Support Aircraft Multidisciplinary Design and Optimization // Journal of Aircraft. 2009. Vol. 46. No. 6, 1875-1885. DOI: 10.2514/1.39028
  9. Dorbath F. A Flexible Wing Modeling and Physical Mass Estimation System for Early Aircraft Design Stages // Müllheim (Baden). 2014. DOI: 10.15480/882.1159
  10. Dorbath F., Gaida U. Large Civil Jet Transport (MTOM > 40t) — Statistical Mass Estimation // Luftfahrttechnisches Handbuch, 2011. URL: https://elib.dlr.de/81599/
  11. Shanygin A., Fomin V., Zamula G. Multilevel approach for strength and weight analyses of composite airframe structures // 27th International Congress of the Aeronautical Sciences — ICAS’2010 (19-24 September 2010; Nice, France). URL: http://www.icas.org/icas_archive/icas2010/papers/380.pdf
  12. Dubovikov E.A. Novel approach and algorithm for searching rational nonconventional airframe concepts of new generation aircrafts // 28th International Congress of the Aeronautical Sciences — ICAS’2012 (23–28 September 2012; Brisbane, Australia). URL: https://www.icas.org/icas_archive/icas2012/papers/445.pdf
  13. Final Report Summary — ALASCA (Advanced Lattice Structures for Composite Airframes). URL: http://cordis.europa.eu/result/rcn/149775_en.html
  14. Final Report Summary — POLARBEAR (Production and Analysis Evolution For Lattice Related Barrel Elements Under Operations With Advanced Robustness). URL: https://cordis.europa.eu/result/rcn/197045/en
  15. Безуевский А.В., Ишмуратов Ф.З. Влияние квазистатических деформаций на характеристики аэроупругости самолета с крылом большого удлинения // Вестник Московского авиационного института. Т. 24. № 4. С. 14-25.
  16. Чубань В.Д., Снисаренко Т.В., Чубань А.В. IMAD. Интерактивное многодисциплинарное проектирование летательных аппаратов. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ RU Бюл. № 10, 13.10.2020.
  17. Барановски С.В., Михайловский К.В. Влияние учета деформации крыла при определении аэродинамических нагрузок на начальных этапах проектирования // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2020. Т. 21. № 3. С. 166-174. DOI: 22363/2312-8143-2020-21-3-166-174
  18. Гарифуллин М.Ф., Орлова О.А. Учет влияния упругой крутки при обработке результатов испытаний дренированной модели крыла большого удлинения в АДТ // Ученые записки ЦАГИ. 2018. Т. 49. № 5. С. 76-85.
  19. Бирюк В.И., Фролов В.М. О рациональной конструктивно-силовой компоновке крыла с учетом некоторых аэродинамических требований // Ученые записки ЦАГИ. 1976. Т. 7. № 6. С. 134-138.
  20. Литвинов В.М., Литвинов Е.В. Методика расчета массы крыла самолета с учетом ограничений по аэроупругости // Ученые записки ЦАГИ. 2006. Т. 37. № 3. С. 63-83.
  21. Vedernikov D.V., Shanygin A.N., Mirgorodsky Y.S., Levchenkov M.D. Strength Analysis of Alternative Airframe Layouts of Regional Aircraft on the Basis of Automated Parametrical Models // Aerospace. Vol. 8. No. 3, p. 80. DOI: 10.3390/aerospace8030080
  22. Дубовиков Е.А. Влияние упругих характеристик композитного крыла на вес конструкции // Труды МФТИ. 2012. Т. 4. № 2-14. С. 154-163.
  23. Ашихмин А.Н., Мирхазов Р.Р., Файзуллин А.М., Хамзин А.Г. Конструирование слоистого композиционного материала, обеспечивающего прочность конструкции при заданных случаях нагружения // Казанский физико-технический институт имени Е.К Завойского. Ежегодник. 2016. Т. 2015. С. 123-125.
  24. Безуевский А.В., Ишмуратов Ф.З. Аэропрочностные исследования крыла большого удлинения с подкосом // Труды МАИ. 2018. № 103. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=100649
  25. Безуевский А.В., Ишмуратов Ф.З. Исследования весовой эффективности и характеристик аэроупругости самолета с крылом большого удлинения с подкосом // Прочность конструкций летательных аппаратов: Сборник статей научно-технической конференции (8-9 декабря 2016; ЦАГИ, Жуковский). М.: Издательский отдел ЦАГИ, 2017. С. 287-288.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024