《无人机复合材料结构设计与制造技术PPT课件（共8章）第6章固定翼无人机复合材料机翼尾翼设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无人机复合材料结构设计与制造技术PPT课件（共8章）第6章固定翼无人机复合材料机翼尾翼设计（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、无人机无人机复合材料结构设计与制造复合材料结构设计与制造（6固定翼无人机复合材料机翼和尾翼设计）固定翼无人机复合材料机翼和尾翼设计）固定翼无人机机翼的功用要求固定翼无人机机翼的功用要求 机翼除了要满足对整个固定翼无人机结构的总体设计要机翼除了要满足对整个固定翼无人机结构的总体设计要求以外，还应满足以下要求：求以外，还应满足以下要求： （1）保证在任何飞行状态下的升阻比不小于规定值。）保证在任何飞行状态下的升阻比不小于规定值。 （2）机翼增升装置产生的升力系数增量值要尽可能地大。）机翼增升装置产生的升力系数增量值要尽可能地大。 （3）保证满足全机飞行过程中的稳定性和操纵性要求。）保证满足全机飞行
2、过程中的稳定性和操纵性要求。 （4）保证满足机翼结构的气动弹性特性要求。）保证满足机翼结构的气动弹性特性要求。 （5）机翼盒段的容积要尽量大，以放置燃油箱等装载物）机翼盒段的容积要尽量大，以放置燃油箱等装载物 （6）要满足防冰、雷击、鸟撞等其他设计要求。）要满足防冰、雷击、鸟撞等其他设计要求。机翼的基本构造机翼的基本构造 固定翼无人机的外观最凸显的部分就是机翼，固定翼无人机的外观最凸显的部分就是机翼，机翼的主要作用就是为固定翼无人机提供升力。机机翼的主要作用就是为固定翼无人机提供升力。机翼主要的受力构件由蒙皮和骨架构成，其中骨架又翼主要的受力构件由蒙皮和骨架构成，其中骨架又是由翼梁、纵墙、桁条
3、和翼肋等构件组成的。是由翼梁、纵墙、桁条和翼肋等构件组成的。作用在机翼上的外载荷作用在机翼上的外载荷 作用在固定翼无人机机翼上的外载荷主要有两种作用在固定翼无人机机翼上的外载荷主要有两种类型：一种是分布载荷，以气动载荷为主，还包括类型：一种是分布载荷，以气动载荷为主，还包括机翼本身结构的质量力，这是机翼承受的主要载荷机翼本身结构的质量力，这是机翼承受的主要载荷形式；另一种是由各接头传来的集中载荷（力或力形式；另一种是由各接头传来的集中载荷（力或力矩）。矩）。机翼气动载荷分布及其变形图机翼气动载荷分布及其变形图 固定翼无人机的飞行性能参数主要影响机翼的固定翼无人机的飞行性能参数主要影响机翼的受载
4、严重程度，翼载荷越大，机翼受的弯矩越大，受载严重程度，翼载荷越大，机翼受的弯矩越大，机翼的相对厚度较小，机翼结构设计的难度越大机翼的相对厚度较小，机翼结构设计的难度越大气动载荷沿翼展和翼弦方向的分布图气动载荷沿翼展和翼弦方向的分布图机翼在气动载荷作用下的变形图机翼在气动载荷作用下的变形图 机翼结构设计的基本任务机翼结构设计的基本任务 机翼结构设计的基本任务是在飞机总体设计的机翼结构设计的基本任务是在飞机总体设计的基础上，设计出能满足各项要求的机翼结构。具体基础上，设计出能满足各项要求的机翼结构。具体地说，机翼的结构设计是指根据给定的原始依据，地说，机翼的结构设计是指根据给定的原始依据，按照机翼
5、结构设计准则，合理地选择机翼结构昀受按照机翼结构设计准则，合理地选择机翼结构昀受力型式，布置机翼结构的主要受力构件，确定结构力型式，布置机翼结构的主要受力构件，确定结构元件的数量和尺寸。元件的数量和尺寸。 机翼结构设计的基本任务与有人驾驶飞机机翼机翼结构设计的基本任务与有人驾驶飞机机翼结构设计相同，主要包括结构受力型式的选择主结构设计相同，主要包括结构受力型式的选择主要元件的布置、材料的选用等。机翼结构设计过程要元件的布置、材料的选用等。机翼结构设计过程基本上可分为两个阶段，即打样设计和详细设计。基本上可分为两个阶段，即打样设计和详细设计。对强度、刚度、损伤容限、耐久性等设计准则的综对强度、刚
6、度、损伤容限、耐久性等设计准则的综合考虑应贯穿在整个设计工作中，只是在两个阶段合考虑应贯穿在整个设计工作中，只是在两个阶段中侧重点和深度、细化程度有所不同。中侧重点和深度、细化程度有所不同。机翼结构设计的内容机翼结构设计的内容 1）打样设计：）打样设计：确定机翼的结构型式、结构布局（即受力构件确定机翼的结构型式、结构布局（即受力构件布置），选择分离面以及初步确定主要构件的剖面尺寸等。以上工布置），选择分离面以及初步确定主要构件的剖面尺寸等。以上工作主要在强度、刚度和损伤容限基础上进行，之后按耐久性设计要作主要在强度、刚度和损伤容限基础上进行，之后按耐久性设计要求，对一些重要的细节部位，特别是各
7、重要承力构件之间的连接区求，对一些重要的细节部位，特别是各重要承力构件之间的连接区进行耐久性打样设计。并根据梁、翼肋和桁条的布置结果，详细绘进行耐久性打样设计。并根据梁、翼肋和桁条的布置结果，详细绘制出机翼的结构理论图。制出机翼的结构理论图。 在机翼结构打样设计阶段，主要从材料的初步选择、应力水平在机翼结构打样设计阶段，主要从材料的初步选择、应力水平控制、结构布局和细节设计四个因素考虑。一般总要经过多次的设控制、结构布局和细节设计四个因素考虑。一般总要经过多次的设计修改，才能最后完成打样设计。计修改，才能最后完成打样设计。 2）详细设计：）详细设计：进行机翼各结构元件，如壁板（包括蒙皮、长进行
8、机翼各结构元件，如壁板（包括蒙皮、长桁）、纵墙、翼梁、翼肋等的结构设计。选择各元件的结构形式，桁）、纵墙、翼梁、翼肋等的结构设计。选择各元件的结构形式，合理地选择材料，确定其几何尺寸并选定构件间的连接方式。并对合理地选择材料，确定其几何尺寸并选定构件间的连接方式。并对机翼结构进行强度、刚度校核计算及颤振校核等工作。损伤容限、机翼结构进行强度、刚度校核计算及颤振校核等工作。损伤容限、耐久性设计应对打样设计结果进一步深化、细化，最后设计若已满耐久性设计应对打样设计结果进一步深化、细化，最后设计若已满足各项设计要求，即可发出全部生产图纸及其附属的技术文件。足各项设计要求，即可发出全部生产图纸及其附属
9、的技术文件。复合材料机翼设计的基本要求复合材料机翼设计的基本要求（1）保证机翼外形准确、表面光滑。）保证机翼外形准确、表面光滑。（2）机翼翼面（外翼和中翼）按刚度（气动弹性）要求设计，）机翼翼面（外翼和中翼）按刚度（气动弹性）要求设计， 机翼根部按强度要求设计。机翼根部按强度要求设计。（3）强度和稳定性设计要求。）强度和稳定性设计要求。 （4）损伤容限设计要求。）损伤容限设计要求。（5）在满足刚度、强度条件下，还要满足使用寿命要求。）在满足刚度、强度条件下，还要满足使用寿命要求。（6）考虑武器发射动载荷响应和起落架着陆撞击载荷影响。）考虑武器发射动载荷响应和起落架着陆撞击载荷影响。（7）整体油
10、箱设计满足密封、防静电、防雷击等要求。）整体油箱设计满足密封、防静电、防雷击等要求。（8）对所有要求检查维护的部位都应有良好的可达性、使用维）对所有要求检查维护的部位都应有良好的可达性、使用维 护性和可修理性。护性和可修理性。复合材料机翼的结构形式复合材料机翼的结构形式（1）复合材料蒙皮壁板、翼梁和翼肋与复合材料或金）复合材料蒙皮壁板、翼梁和翼肋与复合材料或金 属主梁机械连接在一起形成翼盒。属主梁机械连接在一起形成翼盒。（2）复合材料蒙皮壁板、翼梁和翼肋与金属主翼梁机）复合材料蒙皮壁板、翼梁和翼肋与金属主翼梁机 械连接在一起形成翼盒。械连接在一起形成翼盒。（3）下翼面复合材料蒙皮与翼梁共固化成
11、型，上翼面）下翼面复合材料蒙皮与翼梁共固化成型，上翼面 复合材料蒙皮、翼肋单独成型，再与复合材料或复合材料蒙皮、翼肋单独成型，再与复合材料或 金属主翼梁机械连接组成翼盒。采用机械连接的金属主翼梁机械连接组成翼盒。采用机械连接的 目的在于拆卸方便，易检查维修。目的在于拆卸方便，易检查维修。复合材料机翼的结构特点复合材料机翼的结构特点 复合材料的机翼结构特点取决于材料的选取，包括增强复合材料的机翼结构特点取决于材料的选取，包括增强材料和基体材料，以及材料工艺、结构设计、成型工艺、制材料和基体材料，以及材料工艺、结构设计、成型工艺、制造工艺等。造工艺等。 1 1）多墙（梁）机翼结构特点。）多墙（梁）
12、机翼结构特点。 2 2）梁式多肋加筋板结构特点。）梁式多肋加筋板结构特点。 3 3）格栅壁板机翼结构特点。）格栅壁板机翼结构特点。 4 4）设计）设计/ /制造一体化、共固化整体成型：结构件成型与制造一体化、共固化整体成型：结构件成型与 材料形成同时完成。材料形成同时完成。 5 5）正弦波腹板）正弦波腹板I I形剖面翼梁得到采用。形剖面翼梁得到采用。 6 6）主接头为复合材料蒙皮壁板与钛合金翼梁接头机械紧）主接头为复合材料蒙皮壁板与钛合金翼梁接头机械紧 固件连接。固件连接。 7 7）复合材料整体油箱需要特殊的密封、防静电、防雷击）复合材料整体油箱需要特殊的密封、防静电、防雷击 措施和耐燃油以及
13、油箱可修性要求。措施和耐燃油以及油箱可修性要求。复合材料机翼结构设计流程复合材料机翼结构设计流程 复合材料机翼结构设计主要包括根据总体设计给出的气复合材料机翼结构设计主要包括根据总体设计给出的气动要求，合理地选择机翼的承力结构形式，布置好机翼的主动要求，合理地选择机翼的承力结构形式，布置好机翼的主要受力构件，确定沿展向各剖面纵向元件的数量及几何尺寸要受力构件，确定沿展向各剖面纵向元件的数量及几何尺寸等内容。等内容。复合材料机翼结构设计特点复合材料机翼结构设计特点（1）机翼结构常用碳纤维复合材料。）机翼结构常用碳纤维复合材料。（2）每个唯一的系统都必须得到鉴定，以保证得到安全可靠的）每个唯一的系
14、统都必须得到鉴定，以保证得到安全可靠的 产品。产品。（3）翼面气动弹性剪裁设计是复合材料机翼独特的设计技术。）翼面气动弹性剪裁设计是复合材料机翼独特的设计技术。（4）设计）设计/制造一体化（制造一体化（DMI），机翼蒙皮加筋壁板、蒙皮与），机翼蒙皮加筋壁板、蒙皮与 翼梁共固化整体成型。翼梁共固化整体成型。（5）机翼与机身连接实际上是外翼与中央翼盒连接，关键在于）机翼与机身连接实际上是外翼与中央翼盒连接，关键在于 连接方式选择。连接方式选择。（6）复合材料机翼蒙皮壁板、翼梁、肋等零件采用机械紧固件）复合材料机翼蒙皮壁板、翼梁、肋等零件采用机械紧固件 连接。连接。（7）复合材料机翼整体油箱需要特殊
15、的密封、防静电、防雷击）复合材料机翼整体油箱需要特殊的密封、防静电、防雷击 等措施和耐燃油以及油箱可修性要求。等措施和耐燃油以及油箱可修性要求。复合材料机翼结构工艺特点复合材料机翼结构工艺特点（1）复合材料的材料性能与材料工艺密切相关，需）复合材料的材料性能与材料工艺密切相关，需 要从材料和制造两方面来降低成本。要从材料和制造两方面来降低成本。（2）复合材料机翼的每个零部件的成型工艺、制造）复合材料机翼的每个零部件的成型工艺、制造 工艺及其制造质量决定着机翼结构承载能力。工艺及其制造质量决定着机翼结构承载能力。（3）翼面上、下壁板采用共固化（共胶结或二次胶）翼面上、下壁板采用共固化（共胶结或二
16、次胶 结）工艺整体成型，形成了结构刚度和强度优结）工艺整体成型，形成了结构刚度和强度优 异的整体壁板组件。异的整体壁板组件。（4）机翼翼盒相上、下整体翼面壁板决定了工艺分）机翼翼盒相上、下整体翼面壁板决定了工艺分 离面选择和装配定位系统的确定。离面选择和装配定位系统的确定。（5）机翼翼盒装配只能选择以整体壁板外形为装配）机翼翼盒装配只能选择以整体壁板外形为装配 基准的装配型架定位方法或基准件定位方法。基准的装配型架定位方法或基准件定位方法。复合材料翼面结构综合优化设计复合材料翼面结构综合优化设计 复合材料翼面结构设计与金属翼面结构设计最大不同之复合材料翼面结构设计与金属翼面结构设计最大不同之处，在于充分利用复合材料刚度的方向可设计性和弯一扭耦处，在于充分利用复合材料刚度的方向可设计性和弯一扭耦合效应，在满足结构强度、制造、装配等要求的同时，可使合效应，在满足结构强度、制造、装配等要求的同时，可使翼面结构在气动载荷作用下，产生有利于空气动力、总体、翼面结构在气动载荷作用下，产生有利于空气动力、总体、结构、操纵等方面的弹性变形，达到提高飞机性能（飞行品结构、操纵等方面的弹性变形，达到提高飞
