大展弦比无人机是未来发展的一种趋势,目前在国内外受到越来越多人的关注。然而这类飞机的轻质复合材料机翼产生较大的变形,从而引发显著的结构几何非线性特性。使得流体和结构的耦合问题愈发突出,极易引发颤振等一些在气弹设计中颇为关心的问题。针对这种几何非线性特性较为显著的机翼结构,线性计算方法不能获得准确结果。因此,针对该类机翼结构需开展考虑非线性特性的建模技术以及气动弹性计算方法研究。同时考虑到机翼刚度设计不合理会引起扭转发散和颤振等气动弹性问题,还需要开展机翼刚度特性及其对此类机翼静气弹和颤振的影响研究。论文的主要工作和创新点如下:1.提出了一种较为高效的用于结构几何非线性分析的计算方法。在局部坐标系下建立了一种高效的线性4节点薄壳单元,通过引入考虑结构大位移小应变的Co-rotational方法,建立了非线性4节点薄壳单元。计算实例考核了建立的非线性分析方法的有效性。为后续大展弦比复材机翼气弹特性分析提供结构建模技术支持。2.开展机翼非线性静气弹计算方法研究。运用开发的结构几何非线性分析方法开展结构分析,并通过动网格技术实现机翼耦合面的信息传递。通过某型号大展弦比机翼算例验证了方法的适用性。最后研究了机翼因大位移带来的几何非线性对耦合面压力分布以及机翼结构弯曲和扭转变形的影响。3.开展非线性颤振计算方法研究,引入了一个有效的解决三维翼型颤振问题的计算方法。气动和结构耦合面的载荷信息和位移信息通过自编载荷插值和动网格程序实现学科间信息交换。利用AGARD 445.6机翼的颤振模型考核了建立的非线性颤振计算方法和程序的准确性,并将该方法应用于某型号大展弦比复材机翼。4.考虑到大展弦比复合材料机翼的刚度设计不合理将会导致静气弹不稳定性和颤振等气动弹性问题。基于薄壁结构力学相关理论对其进行刚度计算。经过对梁和桁条的布局和几何参数对其刚度及刚心的影响分析,引入了梁和桁条的布局和几何参数等变量关于刚心的灵敏度计算公式。5.开展刚度对机翼气弹特性的影响研究。对两种不同刚度分布的机翼分别开展非线性静气弹和颤振特性计算。通过对比两者在静气弹变形、压力分布、升力、升阻比以及颤振临界速度等方面的计算结果,确定刚度对气弹特性的影响程度。实现此类机翼气动弹性和刚度的综合设计。