基于杆索基结构的三维柔性变形机翼结构拓扑优化设计

为了模仿鸟类的飞行,利用杆索柔性机构的杆变形特性和柔性索为驱动,采用结构优化方法设计三维展向变形机翼,使其在各种飞行状态下都能保持最优气动性能。本文参考美国国家宇航局(NASA)的超椭圆形变弯度机翼(HECS)模型,进行了柔性机翼的建模,应用空间刚架元和索单元划分网格,采用遗传算法进行其结构优化。在优化过程中考虑了结构的刚性要求,引入了刚度约束条件,并通过实例进行了方法验证分析。优化结果表明:杆索空间结构的变形机翼既能满足展向最大变形要求,又能满足机翼承受外载荷所需的结构刚性要求。此外,通过Matlab和Ansys的结合使本优化求解程序更通用化。     

自适应机翼柔性翼肋的受控运动学规律研究

柔性自适应机翼技术采用了一种全新的材料/结构/功能一体化的设计思想,它是将传感单元、驱动单元、控制单元与机翼结构有机地结合,赋予机翼形状自适应等功能,从而改善飞机的飞行性能。本文根据DLR可变后缘自适应机翼概念,设计制造了这种自适应机翼的基本构件——柔性翼肋,分析了模型设计的关键参数,推导出了单输入驱动下柔性翼肋变形的运动学规律,并通过软件仿真和模型实验验证了柔性翼肋受控运动规律的正确性。     

负泊松比柔性蜂窝结构在变体机翼中的应用

提出一种负泊松比柔性蜂窝结构,建立了柔性蜂窝蒙皮结构的力学分析模型,研究了柔性蜂窝结构参数对面内变形能力和面外承载能力的影响,并对结果进行了有限元仿真分析与试验验证。试验结果表明,负泊松比蜂窝结构具有较大的面内变形能力,其结构变形具有特殊的拉涨特性,采用负泊松比柔性蜂窝结构的变体机翼具有改善无人机起降性能的潜力。     

机翼颤振模型梁架加工变形研究

机翼颤振模型对模拟飞机动力学特性、刚度分布、质量分布与气动外形具有重要意义.其梁架的性能对飞机模拟颤振试验有着重要的影响.机翼颤振模型梁架由于尺寸大、结构复杂、刚度差,在铣削加工中变形较大,其精度难以控制.为此,借助有限元软件对其进行铣削加工仿真,获得已加工表面残余应力,进而预测梁架铣削时的加工变形.在此基础上,对梁架加工工艺进行优化,提高加工精度.     

飞机机翼结构变形量测量装置

为减缓阵风或紊流对飞机的扰动,提高飞行控制精度,设计了一种基于微机电加速度计实时测量机翼弹性变形量的测量装置。对测量原理进行了介绍,给出了系统的硬件设计方法和软件流程。该装置的采样频率为200 Hz,能够同时完成12路加速度信号的采样和数据实时存储。结果表明测量弯曲角度误差在0.8°以内,满足阵风载荷减缓主动控制系统的使用要求,验证了设计的合理性。     

机翼中小尺度主动变形研究进展及关键技术

变形机翼能够根据飞行工况的变化,主动调节自身形状以改善飞行器任务适应性,是未来飞行器设计的研究前沿与热点.阐述国内外机翼中小尺度主动变形技术的研究进展,围绕机翼设计中柔顺变形能力与气动承载能力间冲突,对现阶段变翼型弯度、变厚度和扭转变形机翼中的机械变形结构设计方案进行重点分析探讨.对变形机翼设计中变形蒙皮、轻质高输出驱...     

变形机翼的发展现状综述

从变形机翼的发展历程出发,综述了变形机翼的变形方式,主要包括面内变形(变展长、变弦长、变后掠)、面外变形(展向弯曲、变上反角、机翼扭转、机翼折叠)、翼型变形(变弯度、变厚度)以及组合变形.详细阐述了各种变形方式对飞行器飞行性能的影响,重点介绍了当前变形机翼各种变形方式的研究现状,指出为满足复杂严酷飞行环境、多飞行状态和...     

基于类树形结构载荷路径的柔性机翼前缘优化设计

根据柔性机翼前缘的变形要求,以离散体结构拓扑优化为出发点,以实际位移与目标位移之间的偏差为目标,建立目标优化函数。采用类树形结构的载荷路径建立初始构形,利用遗传算法(GA)进行结构拓扑优化,并结合拓扑结构优化结果进行二次优化,获得更优解。通过ANSYS仿真分析,结果表明该方法是可行的。     

机翼长桁检验柔性工艺装备研制关键技术研究

面向新一代飞机制造数字化、柔性化的需求,基于柔性工装技术,设计了机翼长桁检验数字化柔性工装系统。通过总体设计和综合精度分析研究,建立了基于现场总线技术的柔性工装控制系统,开发了柔性工装专用的工艺控制软件,最后把该系统应用于实际生产。与原有工装相比,该柔性工装极大地缩短了长桁检验工装的研制生产周期,降低了长桁检验工装的研制生产成本,提高了长桁检验效率,减少了厂房占用面积。     

三种柔性蒙皮支撑结构的力学特性

理论推导了U型、V型和梯形3种柔性蒙皮支撑结构面内横向无量纲化弹性模量与其平面几何参数(壁厚系数t、高度系数h、形状系数k)之间的关系:其等效弹性模量随t增大而增大,随h增大而减小,随k增大而减小。采用ANSYS软件进行了有限元模拟并通过实验对其面内力学特性进行验证。同样参数条件下,3种结构面内横向刚度从大到小依次为V型、U型和梯形。说明梯形结构具有更强的变形能力,产生同样的变形需要的能量最小。对3种结构的面法向刚度进行了有限元仿真和实验比较,其面法向刚度随几何参数的变化规律与面内等效弹性模量相似;在相同等效面法向气动载荷作用下,3种结构面法向位移大小依次为梯形、U型和V型。对3种结构拉伸前后不同载荷作用下的面法向最大位移进行实验测量,发现面法向刚度在拉伸后都有较大提升,在产生相同的面法向位移情况下,承受的压强平均提高了30%~60%。     

复材机翼蒙皮多点柔性成型质量分析

为提升复材机翼蒙皮柔性成型质量,本工作探寻了不同厚度、不同种类压痕抑制垫与复材机翼蒙皮成型质量间的作用规律。结果表明：当硅胶厚度为2.0 mm时,复材机翼蒙皮表面的压痕完全消失,其平均型面误差不高于1.36 mm,较无压痕抑制垫柔性成型蒙皮件型面误差降低26.88%;当丁腈橡胶厚度为1.5 mm时,复材机翼蒙皮表面的压痕完全消失,其平均型面误差不高于0.87 mm,较无压痕抑制垫柔性成型蒙皮件的平均型面误差降低53.23%。本研究揭示了材质较软的压痕抑制垫能够有效抑制压痕和减少型面误差,提高复材构件型面成型质量;压痕抑制垫厚度过大,会导致纤维复材机翼蒙皮型面偏差增加。本工作为航空复材机翼蒙皮柔性成型积累了基础数据。     

某无人机柔性机翼后缘变形机构的拓扑优化

以某型号的机翼后缘为研究背景,通过采用拓扑优化的方法,设计一种柔性后缘机构来达到减轻质量和实现其自适应变形的目的.以实际位移与目标位移之间的偏差为目标函数,表面所受到的分布载荷为约束,通过SIMP(密度刚度插值)法来建立拓扑机构优化模型,用OC(优化准则)法来求解模型.采用Matlab进行优化计算,然后用Pro/E把优化的结果转化成三维实体模型,并导入到ANSYS中进行验证分析,得到了可实现0～10.8°变形的柔性后缘机构,能够满足无人机从初始状态变化到气动效率最高状态的要求.     

薄壁件多点柔性加工变形的有限元分析

针对开发薄壁件多点柔性工装系统的需求.研究了薄壁件多点柔性数控加工中的变形问题.通过建立工件加工的有限元模型,利用ANSYS对变形进行静态非线性分析.得到了不同受力、不同间距情况下最大变形量随工件厚度变化的规律,以及不同受力、不同工件厚度情况下最大变形量随支撑间距变化的规律,同时还得到了不同厚度、不同间距情况下最大变形量随切削力变化的规律.分析结果表明:工件厚度变化时,最大变形量近似呈指数规律变化;支撑距离和切削力变化时.最大变形量近似呈线性规律变化.研究结果为更有效解决柔性工装的优化设计和控制问题提供了必要依据.     

某型飞机机翼断裂分析

某型飞机在静力试验中机翼出现了断裂故障,为了确定故障原因,经过对机翼断口进行宏观观察、力学性能检测、高倍组织分析及扫描电镜观察后,检测结果表明:机翼材料化学成分符合AMS4050D标准要求,材料显微组织正常,断口为一次性拉伸断口。综合受力分析可以判定,机翼的断裂为试验时瞬时应力过大导致的拉伸断裂。     

基于曲线柔性单元的新型大变形柔性铰链

曲线薄板柔性单元与传统的缺口式柔性单元相比,受载荷时在功能方向上更容易产生大变形.基于此,将曲线薄板柔性单元在平面空间中以一点为圆心,进行均匀阵列组合得到一种新型的环形柔性铰链--分布式叶片形转动柔性铰链.为了对新型柔性铰链进行性能分析,建立铰链的数学模型.鉴于铰链结构复杂,要得到精确模型十分困难,因此对模型进行简化,采用主运动单元伪刚体法建立新型柔性铰链数学模型,并分析新型柔性铰链受纯扭矩载荷时的变形情况.计算得到的结果与非线性有限元分析结果十分接近,证明了所建伪刚体模型的正确性.同时计算结果也表明分布式叶片形转动柔性铰链能够提供较大的转动行程,是一种新型的大变性转动柔性铰链.     

柔性软体机械手的设计及变形研究

针对目前柔性软体机械手国内外研究现状,总结了其关键技术难题与不足。以柔性软体机械手为研究对象,设计并验证了柔性软体机械手的弯曲变形特性及压力响应特性。首先设计了柔性软体机械手结构,由单向弯曲驱动器、滑移平板以及连接装置组成,建立了柔性软体机械手指理论数学模型;其次利用有限元分析软件ABAQUS基于Yeoh模型建立了柔性软体机械手指硅胶材料的本构模型;同时,利用3D打印技术制备带有腔体的单向弯曲驱动器的浇注模具,注入混合好的液态硅胶,获得硅胶材料的柔性软体机械手指;最后开展了单向弯曲驱动器弯曲变形仿真及实验,验证了柔性软体机械手指的弯曲变形特性及压力响应特性,并验证了理论数学模型的准确性。     

可变形机翼结构设计与实验分析

利用平面多闭环连杆机构,提出一种可变形机翼结构,并对该结构进行数学建模,利用结构数学模型,在Matlab中进行了机构的运动轨迹仿真分析。为了验证机构曲率调节能力及气动特性,建立了机构的三维模型,进行了运动学仿真及空气动力学仿真分析。为了获得更好的气动特性,基于传统人工鱼群优化算法,提出一种改进的人工鱼群优化算法,利用经典优化算法测试函数测试了该算法的性能。采用该优化算法对可变形机翼进行结构优化。在理论研究的基础上,加工了实验样机,并进行了相关实验测试。     

齿轮基体的柔性变形分析

轮齿重复受载后,轮齿就会变形,并逐步扩展,致使轮齿疲劳折断。采用有限元仿真软件ANSYS,研究齿轮在受载时的柔性变形[1]。为齿轮结构优化设计、抗断裂设计和安全设计打下基础。     

复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计

以NACA2418标准翼型前缘为研究对象,提出一种基于离散材料优化(DMO)法的复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计方法。将离散材料优化(DMO)法与拓扑优化相结合,设计一种机翼前缘柔性机构来实现自适应连续变形,选定机翼前缘上10个离散点的实际位移与目标位移的偏差为目标函数,采用统一拓扑和多相材料优化的材料插值方案建立数学模型,最后用OC优化准则求解。利用MATLAB编程获得机翼前缘的拓扑结构,使用CATIA对拓扑结构进行三维建模,最后将得到的三维几何模型导入Hyperworks软件进行仿真分析。结果表明,机构可实现机翼前缘0°到9.3°的连续偏转,验证了该方法的可行性。     

一种组合式气动柔性机械手设计

介绍了气动机械手的产生、优势和发展现状,提出了新颖的组合式气动柔性机械手的设计方案,分析了方案的特点和优势。针对单个的组合式气动柔性手指的具体设计,进行了有限元分析,并详细介绍了具体的制作过程、步骤和多样性的动作控制方式。重点阐述了2种可自由组合的多用途气动柔性机械手的结构和具体的实际应用,最大限度的扩展了气动柔性机械手的功能和使用场合,为气动柔性机械手的设计、制造、应用等提供了新的方法和思路。