Содержание к диссертации
Предисловие. 5
Список условных обозначений и сокращений. 7
1 Введение. Состояние проблемы, цели и задачи исследования. 9
1.1 Роль и место весового проектирования в процессе разработки ЛА. 9
1.2 Новая проектная парадигма. 17
1.3 Обзор весовых формул планера. 22
1.3.1 Весовые формулы крыла. 22
1.3.2 Анализ весовых формул крыла. 29
1.3.3 Весовые формулы фюзеляжа. 30
1.3.4 Анализ весовых формул фюзеляжа. 31
1.3.5 Оценка точности весовых формул. 32
1.4 Построение весовых формул планера на основе дискретных математических моделей. 36
1.5 Оценка относительной массы конструкции. 41
1.6 Цели и задачи исследования. 43
2 Безразмерный критерий силового совершенства конструкций. 44
2.1 Физический смысл и методика вычисления коэффициента силового фактора. 44
2.2 Конструкции, нагруженные сосредоточенной силой. 47
2.3 Балочные конструкции с распределенной нагрузкой. 51
2.4 Конструкции типа несущих поверхностей с распределенной нагрузкой. 53
2.5 Аналитическая оценка коэффициента силового фактора прямоугольного крыла. 58
2.6 Использование коэффициента силового фактора для оценки влияния геометрических характеристик крыла на его массу. 63
2.7 Выводы по главе. 66
3 Силовой фактор подкрепленных панелей обшивки несущих поверхностей ЛА. 67
3.1 Особенности напряженно-деформированного состояния панелей обшивки крыла. 67
3.2 Методики расчета силового фактора подкрепленных панелей обшивки. 78
3.3 Вычисление силового фактора подкрепленной панели через потоки усилий. 80
3.4 Области применения различных методик вычисления силового фактора подкрепленных панелей. 88
3.5 Выводы по главе. 92
4 Решение прикладных задач. 93
4.1 Сравнительная оценка эффективности силовых схем крыльев малого удлинения. 93
4.2 Оценка весового совершенства конструкции крыла самолета Як-130. 98
4.2.1 Постановка задачи. 98
4.2.2 Математическая модель. 100
4.2.3 Анализ совершенства силовой схемы. 105
4.2.4 Анализ конструктивно-технологического совершенства. 106
4.2.5 Заключение. 107
4.3 Оптимизация удлинения гермокабины магистрального самолета. 108
4.4 Оценка весовой эффективности конструкции гибридного транспортного летательного аппарата. 116
4.4.1 Краткое описание ГТЛА. 116
4.4.2 Оценка массы крыла с использованием весовых формул. 118
4.4.3 Анализ массы конструкции ГТЛА с использованием критерия "силовой фактор". 121
4.4.4 Уточнение расчетов с учетом разгрузки крыла инерционными силами. 129
4.4.5 Анализ результатов весовой экспертизы крыла ГТЛА. 130
4.5 Выводы по главе. 131
Основные результаты работы. 132
Библиографический список. 133
Интернет источники. 143
Приложения. 144
Приложение А Программы для расчета силового фактора G в среде MSC NASTRAN. 144
Приложение А. 1 Настройка файла меню пользователя в среде MSC NASTRAN. 144
Приложение А.2 Листинг программы разделения мембранных элементов на мембранные и стержневые элементы (имитации подкрепленной панели) SPLITTER. 145
Приложение А.З Листинг программы расчета силового фактора G в MSC NASTRAN G-FACTOR I. 162
Приложение А.4 Листинг программы расчета силового фактора G в MSC NASTRAN G-FACTOR II. 182
Приложение Б Основные характеристики ГТЛА с объемом оболочки W - 60000 м3. 183
Вспомогательные указатели. 188
Лист регистрации изменений. 189
Введение к работе
Диссертация посвящена развитию и разработке методов, направленных на повышение точности весового проектирования авиационных конструкций. В работе речь идет о расчетах массы конструкций, но по сложившейся в авиастроении традиции в целесообразных случаях используются как синонимы термины "весовые расчеты", "весовые формулы" и т.п..
Работа базируется на использовании метода конечных элементов на ранних стадиях проектирования и построении весовых соотношений с использованием интегральных характеристик: "силового фактора", который выражает одновременно величину и протяженность действия внутренних усилий в конструкции, "коэффициента полной массы", который выражает отношение реальной и теоретически необходимой по условию прочности массы конструкции, и нового безразмерного критерия - "коэффициент силового фактора".
Первая глава посвящена обзору методов весового проектирования в авиастроении и обсуждению необходимости и путей повышения их точности.
Во второй главе проводятся подробные численные исследования нового безразмерного критерия, предложенного В.А. Комаровым в обобщающей работе "Весовой анализ авиационных конструкций: теоретические основы" [41]. Рассмотрены разнообразные конструкции, выявлен физический смысл нового критерия и показана эффективность его использования в весовых расчетах авиационных конструкций.
В третьей главе рассматриваются два альтернативных подхода к расчету силового фактора одного из основных элементов авиационных конструкций -подкрепленной панели обшивки. Решена задача теории упругости о подкрепленной панели в одноосном потоке усилий, не совпадающем по ориентации с подкрепляющими ребрами. Предложены две методики расчета силового фактора подкрепленных панелей и определены области их целесообразного использования.
В четвертой главе рассмотрены прикладные задачи. На примере крыльев малого удлинения показана эффективность нового безразмерного критерия в сравнительном анализе особенностей силовых схем. На примере конструкции фюзеляжа показана возможность использования силового фактора для оптимизации геометрических параметров самолета. Практическое применение результатов работы показано на примере оценки совершенства силовой схемы и конструкции крыла самолета Як-130 и на примере прогнозирования массы крыла большого гибридного транспортного летательного аппарата с объемом газонаполненной оболочки 60000 м3.
В Приложении приводятся исходные тексты разработанных программных модулей, реализующих алгоритмы расчета силового фактора авиационных конструкций, представленных в виде набора стержневых, мембранных и сдвиговых конечных элементов. Разработанные модули автоматизируют процесс моделирования подкрепленных панелей.
Работа выполнена с поддержкой по программе 2002 года "На соискание грантов по фундаментальным исследованиям в области технических наук", проект "Разработка прикладной теории весового проектирования аэрокосмических конструкций на основе высокоточного математического моделирования", шифр гранта Т02-06.8-3018.
Основное содержание работы опубликовано в статьях [19, 20, 21, 22, 23, 36, 42] и доложено на II Всероссийской конференции "Самолетостроение России: проблемы и перспективы" [20], на XXVI Международной молодежной научной конференции "Гагаринские чтения" [22]. Раздел 1.3 выполнен совместно со инженером-стажером из Франции Ивом Ампре. Раздел 4.3 выполнен совместно с инженером Д.В. Шульгиным, раздел 4.4.2 выполнен совместно с инженером Т.А.Фониной.
