Методика выбора рациональной схемы расположения конструктивно-силового набора из углепластика для крыла легкого самолета при действии аэродинамических нагрузок
Авторы: Вай Ян У, Михайловский К.В.
Опубликовано в выпуске: #4(172)/2026
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов
Представлены результаты оптимизации расположения конструктивно-силового набора крыла легкого самолетаPiper PA-28 для обеспечения требуемой работоспособности при минимальной массе. Задача оптимизации выполнялась в несколько этапов: на первом были определены аэродинамические нагрузки на крыло с учетом шести расчетных случаев при полете; на втором — рассмотрены комбинации 45 вариантов расположения конструктивно-силового набора из углепластика для достижения минимальных прогиба и массы крыла, а также установлен оптимальный; на третьем — получены коэффициенты запаса для элементов конструктивно-силового набора для данного варианта при действии аэродинамических нагрузок и решены задачи квазистатики, устойчивости конструкции. Оптимальные варианты выбирались из множества Парето-эффективных решений на основе минимального расстояния до идеального центра. Оптимальным был признан вариант с расстоянием между нервюрами 550 мм и расположением лонжеронов на 25 и 60 % от длины хорды крыла, что позволяет снизить массу на 22,92 %, а прогиб — на 29,06 %.
EDN OIGULK
Литература
[1] Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998, 516 с.
[2] Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. Москва, Машиностроение, 2005, 406 с.
[3] Qun Z., Yunliang D., Haibo J. A layout optimization method of composite wing structures based on carrying efficiency Criterion. Chinese Journal of Aeronautics, 2011, vol. 24, no. 4, pp. 425–433.
[4] Хонг Ф.Н., Бирюк В.И. Исследования по оптимизации конструктивно-силовой схемы самолета с прямым крылом из композиционных материалов. Труды МФТИ, 2014, т. 6, № 2, с. 133–141.
[5] Найнг Л.А., Пгу В.А., Татарников О.В. Выбор оптимальной конструктивно-силовой схемы крыла беспилотного летательного аппарата. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2020, № 11, с. 89–95. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2020-11-89-95
[6] Aung P.W., Tatarnikov O., Ung N.L. Structure optimization of a light aircraft composite wing. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 709, art. 044094. https://doi.org/10.1088/1757-899X/709/4/044094
[7] Zhu W., Yu X., Wang Y. Layout optimization for blended wing body aircraft structure. Int. J. Aeronaut. Space Sci., 2019, vol. 20, pp. 879–889. https://doi.org/10.1007/s42405-019-00172-7
[8] Kirubakaran R. Aircraft wing weight optimization by composite material structure design configuration. IOSR-JMCE, 2017, vol. 14, no. 6, pp. 71–80.
[9] Дробышевский В.Г. Проектирование самолета. Курсовое и дипломное проектирование. Нижний Новгород, НГТУ, 2013. 157 с.
[10] ANSYS Fluent. ANSYS.com: веб-сайт. URL: https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fluent (дата обращения: 15.02.2025).
[11] Михайловский К.В., Барановски С.В. Методика проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования. Часть 2. Проектирование силовой конструкции. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 12, с. 106–116. https://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2016-12-106-116
[12] Михайловский К.В., Барановски С.В. Определение аэродинамических нагрузок на крыло с учетом основных элементов авиалайнера при параметрическом моделировании. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 5, с. 15–28. https://doi.org/10.18698/0236-3941-2018-5-15-28
[13] Wang Y., Ouyang X., Yin H., et al. Structural-optimization strategy for composite wing based on equivalent finite element model. J. Aircr., 2016, vol. 53, no. 2, pp. 351–359. https://doi.org/10.2514/1.C033469
[14] Михайловский К.В., Барановски С.В. Методика проектирования крыла из полимерных композиционных материалов на основе параметрического моделирования. Часть 1. Обоснование выбора геометрических размеров и расчет аэродинамических нагрузок на крыло. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 11, c. 86–98. https://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2016-11-86-98
[15] Касумов Е.В. Методика поиска рациональных конструктивных параметров с применением метода конечных элементов. Ученые записки ЦАГИ, 2015, т. 46, № 2, с. 63–79.
[16] Горбунов В.Г., Даць Д.О., Желанников А.И., Сетуха А.В. Моделирование обтекания самолетов на больших углах атаки вихревым методом. Научный вестник МГТУ ГА, 2012, № 7, с. 10−13.
[17] Тарасов Ю.Л., Лавров Б.А. Расчет на прочность элементов конструкции самолета. Самара, Самарский ун-т, 2000, 112 с.
[18] Кондрашов С.В., Шашкеев К.А., Петрова Г.Н., Мекалина И.В. Полимерные композиционные материалы конструкционного назначения с функциональными свойствами. Авиационные материалы и технологии, 2017, № S, с. 405–419. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-405-419
[19] Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. Санкт-Петербург, Научные основы технологии, 2010, 822 с.
[20] Tooren M., Kassapoglou C., Bersee H. Composite materials, structures and systems. The Aeronautical Journal, 2011, vol. 115, no. 1174, pp. 1093–1106. DOI: 10.1017/S0001924000006527
[21] Zagainov G.I., Lozino-Lozinsky G.E. Composite Materials in Aerospace Design. Chapman & Hall, 1996, 460 p.
[22] Бадягин А.А., Мухамедов Ф.А. Проектирование легких самолетов. Москва, Машиностроение, 1978, 208 с.
[23] Михайловский К.В., Барановски С.В. Методика проектирования геометрического облика крыла из полимерных композиционных материалов. Механика и математическое моделирование в технике. Сб. тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016, с. 319–322.
[24] Гриневич Д.В., Яковлев Н.О., Славин А.В. Критерии разрушения полимерных композиционных материалов (обзор). Испытания материалов. Труды ВИАМ, 2019, т. 79, № 7, с. 92–111. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-7-92-111
[25] Грушецкий И.В., Димитриенко И.П., Ермоленко А.Ф. Разрушение конструкций из композиционных материалов. Рига, Зинатне, 1986, 264 с.