一种基于拓扑优化的舵面仿生多级分叉结构设计

发布时间：2021-06-11 13:23

　　新型面对称高速飞行器面临着宽速域、宽动压飞行条件,受到此类飞行器装载与装填比要求的限制,飞行器的主要承力结构重量较低,为了突破传统结构设计方法面临的结构减重极限,文章提出了一种基于拓扑结构轻质化的优化设计方法.该方法的主要思想为根据具体的载荷工况,在优化区域中获得最优的传力路径.通过对面对称高速飞行器的舵应用此优化方法,在多种载荷作用下,获得了多级分叉的仿生结构.通过验证计算表明设计得到的结构不仅重量减轻,还能够满足静气动弹性变形与强度要求,从而验证了此方法进行结构设计的可行性. 

【文章来源】：气体物理. 2020,5(06)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

辐射梁结构

本文采用的研究对象为气动构型优化后的高速飞行器(见图1(a))的三角形全动舵, 舵面的外形与尺寸均由气动优化过程决定. 舵面为前缘后掠的梯形舵面, 如图1(b)所示. 舵剖面为前缘带有钝度的菱形, 具体外形参数为: 根弦长为255 mm, 梢弦长为90 mm, 半翼展为90 mm, 前缘后掠角为61.42°, 剖面相对厚度为0.04 mm.1.1 计算方法

求解三维可压缩Reynolds时均Navier-Stokes (RANS) 方程. 使用S-A模型模拟湍流流动. 解算器采用基于单元中心格式的有限体积方法求解控制方程. 计算区域采用非结构任意多面体离散. 空间离散采用Roe格式, 采用最小二乘法重构变量的梯度得到空间2阶精度. 隐式时间推进获得定常状态的解. 网格形式如图2所示, 飞行器距离上下前后的远场距离为15倍弦长, 计算模型为半模, 整个流体网格数约为3×106.1.2 气动载荷计算

【参考文献】：
期刊论文
[1]组合式高超声速飞行器布局设计与优化分析[J]. 陈立立,郭正,侯中喜,邓小龙,朱炳杰.  气体物理. 2019(06)
[2]临近空间高升阻比布局高速气动性能对比[J]. 陈冰雁,徐国武.  力学季刊. 2014(03)
[3]基于叶脉分枝结构的飞机盖板结构仿生设计[J]. 刘良宝,陈五一.  北京航空航天大学学报. 2013(12)
[4]小型翼结构仿生设计与试验分析[J]. 岑海堂,陈五一.  机械工程学报. 2009(03)



本文编号：3224618