Весовая эффективность сетчатой конструкции с нерегулярной структурой для отсека фюзеляжа пассажирского самолета

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 4. С. 98–108.

Авторы

Левченков М. Д.*, Дубовиков Е. А.**, Миргородский Ю. С.***, Фомин Д. Ю.****, Шаныгин А. Н.*****

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

*e-mail: mihalevch@mail.ru
**e-mail: evgeny.dubovikov@tsagi.ru
***e-mail: mirgorodskii@phystech.edu
****e-mail: danil.fomin@tsagi.ru
*****e-mail: alexander.shanygin@tsagi.ru

Аннотация

Представлены результаты исследований по анализу зависимости массы сетчатой конструкции носового отсека фюзеляжа гипотетического пассажирского самолета с удлиненной носовой частью от значений ряда конструктивных параметров, определяющих сетчатую структуру отсека. Исследования проведены расчетным путем с использованием автоматизированных параметрических многоуровневых моделей метода конечных элементов (МКЭ). Оценка массы отсека проводилась в зависимости от нагружения фюзеляжа с учетом ограничений по прочности, местной и общей устойчивости, а также ограничений на изгибную и крутильную жесткость отсека с использованием оптимизационного алгоритма, разработанного авторами.

В рамках валидации оптимизационного алгоритма и проведения сравнительного анализа весовой эффективности альтернативных конструктивно-силовых схем отсека подобная оценка веса проводилась также для металлической конструкции отсека и композитной конструкции типа «black metal».

Ключевые слова:

сетчатая композитная оболочка отсека фюзеляжа, сетчатая конструкция с нерегулярной структурой, генетический алгоритм оптимизации, оценка веса отсеков фюзеляжа с разной конструктивно-силовой схемой

Библиографический список

  1. Arora J.S. Introduction to optimum design. – 4th Edition. – Academic Press, 2017. – 943 p.

  2. Баничук Н.В., Бирюк В.И., Сейранян А.П. и др. Методы оптимизации авиационных конструкций. – М.: Машиностроение, 1989. – 296 с.

  3. Дубовиков Е.А., Кондаков И.О., Фомин В.П., Шаныгин А.Н. Сравнительный весовой анализ отсеков фюзеляжа с различными конструктивно-силовыми схемами // Ученые записки ЦАГИ. 2019. Т. 50. № 3. С. 74–86.

  4. Shanygin A.N., Chernov A.V., Fomin D.Yu. et al. Development of lightweight and reliable joints for airframes based on unidirectional composite elements // 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS, 25–30 September 2016; Daejeon, Korea). URL: https://icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/papers/2016_0620_paper.pdf

  5. Левченков М.Д., Дубовиков Е.А, Кондаков И.О. и др. Исследование прочности реберного отсека фюзеляжа с нерегулярной структурой сетки // Ученые записки ЦАГИ. 2022. Т. 53. № 6. С. 131–141.

  6. Каледин В.О., Штейнбрехер О.А. Алгоритм оптимизации многоэлементных конструкций с ограничениями по прочности и габаритам // Научно-технический вестник Поволжья. 2016. № 3. С. 113–115.

  7. Baranovski S.V., Zaw K. Design of a structurally optimized bioinspired structural arrangement of carbon composite fuselage of unmanned aerial vehicle based on parametric modeling // XVI International Scientific and Practical Conference «State and Prospects for the Development of Agribusiness – INTERAGROMASH 2023». Vol. 413: 02002. DOI: 10.1051/e3sconf/202341302002

  8. Ковальчук Л.М., Бурнышева Т.В. Исследование напряженного состояния и оценка устойчивости анизогридной цилиндрической оболочки при изменении параметров реберной структуры при статическом нагружении // Сибирский аэрокосмический журнал. 2022. Т. 23. № 1. С. 81–92. DOI: 10.31772/2712- 8970-2022-23-1-81-92.

  9. Болдырев А.В., Павельчук М.В., Синельникова Р.Н. Развитие методики топологической оптимизации конструкции фюзеляжа в зоне большого выреза // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 62–71.

  10. Aribowo A., Adhynugraha M.I., Megawanto F.C. et al. Finite element method on topology optimization applied to laminate composite of fuselage structure // Curved and Layered Structures. 2023. Vol. 10. No. 1. DOI:10.1515/cls-2022-0191

  11. Pan C., Han Y., Lu J. Design and optimization of lattice structures: A review // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. No. 18: 6374. DOI: 10.3390/app10186374

  12. Shi H., Fan H., Shao G. Equivalent continuum method for anisogrid composite lattice conical shells with equiangular, equidistant and geodesic spiral ribs // Composite Structures. 2021. Vol. 275. No. 1-2: 114472. DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.114472

  13. Liu D., Lohse-Busch H., Toropov V. et al. Detailed design of a lattice composite fuselage structure by a mixed optimization method // Engineering Optimization. 2016. Vol. 48. No. 10, pp. 1707-1720. DOI: 10.1080/0305215X.2015.1125262

  14. Штейнбрехер О.А. Разработка метода, алгоритма и программного обеспечения для оптимизации анизогридных конструкций из композиционных материалов: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. – Новокузнецк: Новосибирский государственный технический университет, 2018. – 23 с.

  15. Панченко Т.В. Генетические алгоритмы: Учебно-методическое пособие / Под ред. Ю.Ю. Тарасевича. – Астрахань: Изд-во «Астраханский университет», 2007. – 88 с.

  16. Пантелеев А.В., Метлицкая Д.В. Формирование генетических алгоритмов поиска оптимального управления средней скоростью полета летательного аппарата типа воздух-воздух // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 3. С. 149–159.

  17. Мироненко Е.Д., Авкельгин С.В., Исеева О.А. и др. Силовая конструкция корпуса космического аппарата. Патент RU 200003 U1. Бюл. № 28, 01.10.2020.

  18. Ведерников Д.В., Шаныгин А.Н. Анализ прочности перспективных конструкций крыла регионального самолёта на основе параметрических моделей // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 2. С. 61–76. DOI: 10.34759/vst-2022-2-61-76

  19. Митрофанов О.В., Мазен О. Проектирование гладких металлических панелей при обеспечении устойчивости и прочности при закритическом поведении // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 1. С. 36–47. DOI: 10.34759/vst-2022-1-36-47

  20. Склезнев А.А., Бабичев А.А. К вопросу расчёта жёсткостных характеристик сетчатых композитных конструкций с металлическими обшивками // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 2. С. 220–227. DOI: 10.34759/vst-2022-2-220-227

  21. Черноволов Р.А., Гарифуллин М.Ф., Козлов С.И. Валидация процедур проектирования и изготовления динамически подобных моделей летательных аппаратов с применением полимерных композиционных материалов // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 102–112.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024