变后掠翼结构的力学性能分析及优化设计

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变后掠翼飞行器具有在飞行中通过改变机翼后掠角来改进飞行器升阻特性的优点,使飞行器飞行性能在高速、低速飞行任务中都能得到优化。本文在分析国内外变形翼面和相关优化设计方法的基础上,以改善变后掠翼动强度、热强度为目的,通过理论和工程方法计算得到气动力和气动热载荷,有限元仿真求解计算变后掠翼的收缩过程特征,同时分析了变后掠翼结构的结构和飞行环境参数对变后掠翼结构强度的影响,为变后掠翼结构的热防护设计和动力学特性分析做出建议。另外,本文针对变后掠翼结构的多场耦合过程对驱动函数的形式进行优化设计,目标函数则是动态过程的驱动力和结构最大应力,期望能够通过优化使变后掠翼在变形过程中拥有更高强度。选择理想流体中的二维薄板气动力模型进行计算,得到变后掠翼的气动力形式,推导了工程中描述气动热的参数之间的关系,并计算了用于仿真的热流和表面恢复热度的数据,最后将气动力热载荷加载到有限元仿真模型中进行计算,具有实际应用意义。建立针对飞行器的变后掠翼结构的有限元模型,并对其静响应和动响应进行有限元仿真分析,得到包括接触摩擦、驱动运动和振动环境组合形式、材料阻尼等条件对动响应的影响规律。对比不同接触热阻条件下温度场和热应力的结果,分析其对热响应的影响。在多场耦合分析中对比不同散热环境下的应力响应,得到满足强度下的最大散热环境温度,给出隔热设计的建议。采用神经网络(ANN)拟合驱动函数形式与有限元计算中应力和驱动力数据的关系,然后采用遗传算法计算多目标优化的NSGA-Ⅱ方法对拟合函数进行求最小值,进而得到最小应力和驱动力目标下的驱动函数最优解。
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