Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

Методика проектирования конструктивно-силовой схемы несущей поверхности малого удлинения с использованием топологической оптимизации

Опубликовано: 21.09.2022

Авторы: Куприянова Я.А.

Опубликовано в выпуске: #9(129)/2022

DOI: 10.18698/2308-6033-2022-9-2209

Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Предложен алгоритм проектирования силового набора несущей поверхности малого удлинения беспилотного летательного аппарата класса воздух — воздух малой дальности. Цель работы — снижение массы несущей поверхности и повышение ее прочностных характеристик с учетом эксплуатационных нагрузок. Основой алгоритма является использование метода топологической оптимизации для случая максимизации статической жесткости конструкции с ограничением по объему. Расчеты напряженно-деформированного состояния и топологическая оптимизация были выполнены в программном комплексе ANSYS Workbench 19.2. Для проведения оптимизации были определены граничные условия, задана нагрузка, действующая на крыло, и выбран материал, пригодный для изготовления конструкции с помощью аддитивных технологий. В результате топологической оптимизации была получена конструктивно-силовая схема крыла. С учетом реальных условий эксплуатации к полученному силовому каркасу была добавлена обшивка постоянной толщины. Для верификации исследования был проведен сравнительный анализ оптимизированной модели крыла и ее возможного аналога, изготовленного традиционными методами. Результаты такого анализа показали, что масса оптимизированной несущей поверхности на 12,7 % меньше массы типовой штампованной конструкции. Значения максимальных эквивалентных напряжений в оптимизированном крыле составили 755,7 МПа, что на 10,3 % меньше, чем в типовой конструкции. Даны рекомендации для проведения дальнейших этапов проектирования полученной несущей поверхности.


Литература
[1] Чумаков Д.М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники. Труды МАИ, 2014, № 78. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=53682
[2] Сороковиков Н.А., Вавилин В.А., Амельченко Н.А., Ковязин С.С. Применение аддитивных технологий в производстве ракетно-космической техники. Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Сборник материалов V Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики, 2019, № 1, с. 280–282.
[3] Шемонаева Е.С., Гончаров А.В., Андреев В.Д. Оценка целесообразности применения аддитивных технологий в изделиях аэрокосмической техники. Инженерный журнал: наука и инновации, 2021, вып. 12 (120). http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2021-12-2136
[4] Чемодуров А.Н. Применение аддитивных технологий в производстве изделий машиностроения. Известия ТулГУ. Технические науки, 2016, вып. 8, ч. 2, с. 210–217.
[5] Gui X., Xiao M., Zhang Ya., Gao L., Liao Yu. Structural topology optimization based on parametric level set method under the environment of ANSYS secondary development. Advances in Computer Science Research, 2017, vol. 74, pp. 841–850.
[6] Bendsoe M.P., Sigmund O. Topology Optimization: Theory, Methods and Applications. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2003, 384 p.
[7] Yaagoubi H., Abouchadi H., Janan M.T. Topological optimization by ANSYS 18.1 for the additive manufacturing. Advanced Intelligent Systems for Sustain-able Development, 2020, vol. 1, pp. 810–819. https://doi.org/10.1007/978-3-030-90633-7_68
[8] Комаров В.А. Точное проектирование. Онтология проектирования, 2012, № 3 (5), с. 8–23.
[9] Xue-ping L., Lian-yu Z., Zheng-zhong L. Topological optimization of continuum structure based on ANSYS. MATEC Web of Conferences. 2016 the 3rd International Conference on Mechatronics and Mechanical Engineering (ICMME 2016), 2017, vol. 95. https://doi.org/10.1051/matecconf/20179507020
[10] Попова Д.Д., Самойленко Н.А., Семенов С.В., Балакирев А.А., Головкин А.Ю. Применение метода топологической оптимизации для уменьшения массы конструктивно подобного кронштейна трубопровода авиационного ГТД. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2018, № 55, с. 42–51. DOI: 10.15593/2224-9982/2018.55.05
[11] Башин К.А., Торсунов Р.А., Семенов С.В. Методы топологической оптимизации конструкций, применяющиеся в аэрокосмической отрасли. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2017, № 51, с. 51–61. DOI: 10.15593/2224-9982/2017.51.05
[12] Казанцева Н.В., Крахмалев П.В., Ядройцева И.А., Ядройцев И.А. Лазерная аддитивная 3D-печать титановых сплавов: современное состояние, проблемы, тенденции. Физика металлов и металловедение, 2021, т. 122, № 1, с. 8–30. DOI: 10.31857/S001532302101006X