空天飞机重量估算方法研究

发布时间：2017-10-23 09:12

  本文关键词：空天飞机重量估算方法研究

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【摘要】：重量估算在空天飞机总体设计阶段是非常关键的内容。重量显著影响飞机的起降性能、运载能力、飞行性能、油耗水平,并作为气动和结构强度刚度分析、飞行性能与操稳特性分析的参考数据。主流的重量估算方法包括基于统计公式的经验方法和基于有限元的理论方法。本文针对空天飞机的重量估算问题,研究了基于经验公式和结构有限元的估算方法,主要工作如下:1)搜集了空天飞机及类似飞行器的重量统计经验公式,按照部件类型进行整理并说明其来源和适用范围。编写了各部件的重量估算程序,根据已知数据验证了估算程序的有效性,说明基于经验公式的估算方法具有使用简单、计算速度快的优点,但准确度过于依赖设计人员的经验和公式适用范围。通过Isight软件进行试验分析,研究了重量对各项参数的敏感度。2)研究了空天飞机机翼的参数化方法,综合利用CATIA和Patran的二次开发技术,编写了机翼CAD和有限元建模程序,建立基于有限元的机翼结构重量估算流程,实现了机翼的参数化自动建模,降低了有限元方法计算重量的复杂程度,提高了效率。3)针对空天飞机的机翼,设计了两种结构方案。使用机翼CAD、有限元建模程序快速生成其有限元模型,分析多个工况下的受力特性并计算其结构重量,验证了基于有限元的重量计算流程的可行性,结果表明该流程的准确度有保证,且比传统方法更高效。对比受力特性及重量,分析了两种方案的优劣。在相对更合理的方案基础上,对机翼各区域结构厚度进行优化,为空天飞机机翼结构设计提供了参考。
【关键词】：空天飞机 重量估算 经验方法 参数化建模 结构有限元 结构方案
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V221.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 研究背景14-15
• 1.1.1 空天飞机介绍14-15
• 1.1.2 发展现状15
• 1.2 重量估算意义及方法15-17
• 1.2.1 重量估算意义和内容15-16
• 1.2.2 飞机重量估算方法16-17
• 1.3 空天飞机重量估算问题17
• 1.4 本文研究目的与内容17-19
• 第二章 基于经验公式的空天飞机重量估算方法19-33
• 2.1 经验公式来源说明19-20
• 2.2 重量的分类和参数的分类20-21
• 2.2.1 重量分类20-21
• 2.2.2 参数分类21
• 2.3 各部件重量估算公式21-26
• 2.3.1 机翼21-23
• 2.3.2 尾翼23
• 2.3.3 机身23-24
• 2.3.4 热防护系统24-25
• 2.3.5 起落架25
• 2.3.6 主推进系统25
• 2.3.7 反作用力控制系统（RCS）25-26
• 2.3.8 轨道机动系统（OMS）26
• 2.3.9 其他子部件26
• 2.4 基于经验公式的重量估算程序26-29
• 2.4.1 Python语言简介26-27
• 2.4.2 Python重量估算程序27-29
• 2.5 计算实例及结果比较29-30
• 2.6 敏感度分析30-32
• 2.6.1 机翼31
• 2.6.2 尾翼31-32
• 2.6.3 其他部件32
• 2.7 小结32-33
• 第三章 空天飞机机翼参数化CAD模型33-47
• 3.1 参数化方法33
• 3.2 机翼外形参数化定义33-37
• 3.2.1 平面外形参数33-35
• 3.2.2 剖面翼型参数35-37
• 3.3 机翼结构参数化定义37-41
• 3.3.1 结构构型参数38-40
• 3.3.2 结构尺寸参数40-41
• 3.4 基于CATIA二次开发的机翼结构CAD模型41-45
• 3.4.1 CATIA二次开发方法简介41-42
• 3.4.2 机翼结构CAD模型的自动生成42-45
• 3.5 小结45-47
• 第四章 基于有限元的空天飞机机翼结构重量估算方法47-55
• 4.1 MSC.Patran/Nastran及PCL简介47
• 4.2 机翼结构有限元模型自动生成程序47-53
• 4.2.1 创建几何模型48-49
• 4.2.2 划分有限元网格49-50
• 4.2.3 定义材料属性50
• 4.2.4 单元属性赋值50-52
• 4.2.5 施加载荷与边界条件52-53
• 4.3 机翼重量评估框架53-54
• 4.4 小结54-55
• 第五章 两种方案的机翼结构重量计算55-67
• 5.1 空天飞机机翼外形与结构55-57
• 5.1.1 机翼外形55-56
• 5.1.2 机翼结构56-57
• 5.2 两种机翼结构方案57-58
• 5.2.1 机翼结构方案一57-58
• 5.2.2 机翼结构方案二58
• 5.3 两种方案受力分析与重量计算58-64
• 5.3.1 机翼有限元建模58-61
• 5.3.2 两种机翼方案分析结果比较61-64
• 5.4 平行多腹板式机翼的优化64-66
• 5.4.1 优化问题描述64-65
• 5.4.2 优化结果65-66
• 5.5 小结66-67
• 第六章 总结与进一步工作67-69
• 6.1 全文总结67
• 6.2 进一步研究工作67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文73

【参考文献】

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本文编号：1082587