为了研究铺层区域变量对大展弦比机翼静气动弹性的影响,本文在考虑几何非线性影响下,依据有限元分析,研究了外翼段铺层区域的划分以及90°铺层角度的个数对大展弦比机翼静气动弹性特性的影响.结果表明,0°、±45°、90°混合铺层的铺设效果优于只有0°、±45°铺层的区域;机翼变形情况随着外翼段铺层区域的增大而减小,且减小斜率逐步增大;外翼段铺层区域固定时,增加90°铺层角度个数会有效减小机翼变形,且机翼变形情况与增加的个数基本呈现负相关关系,其个数在铺层设计中可能存在一个最佳取值或最优占比.

气动弹性研究对机翼稳定性提高具有极其重要的意义,目前大尺寸大展弦比复合材料机翼在气动力作用下,会产生较大的弯曲扭转变形,使得几何非线性静气动弹性问题更加突出,导致该类型飞机稳定性大大降低,严重影响飞行安全.基于CFD/CSD双向耦合方法,考虑几何非线性影响,采用N-S控制方程求解大变形下的气动载荷,通过Newton-Raphson迭代法求解非线性结构平衡方程,对大展弦比复合材料机翼大变形几何非线性静气动弹性问题进行了数值分析;通过仿真分析,得到攻角和马赫数对大展弦比复合材料机翼几何非线性静气动弹性变形的结构变化规律,并重点分析这种气动弹性变形对该型机翼的纵向气动特性变化的影响程度.

为了研究跨声速压气机内部流动失稳对压气机性能的影响,对跨声速轴流压气机NASA转子37进行三维定常数值模拟,研究不同设计转速下跨声速轴流压气机稳定运行及内部流动失稳现象.研究发现:转速不变时近堵塞点的等熵效率高于近失速点;随着转速降低,压气机稳定运行范围变宽、效率增大及流动损失变小;压气机叶栅通道出现堵塞情况的叶高截面范围随着转速的降低而逐渐增大,这导致压气机叶片在近失速点处的流动失稳情况变严重.

本文采用有限元分析的方法,研究了压气机复合材料叶片的建模以及铺层参数对复合材料叶片的影响.在ANSYS平台中,采用ACP模块对复合材料叶片进行建模,通过对比传统TC4叶片的建模方法验证了复合材料叶片建模方法的准确性.研究了铺层角度与铺层厚度对复合材料叶片的强度影响规律.研究表明:随着铺层角度的增加,复合材料叶片的最大变形呈现先减小后增大的趋势,但叶片的最大等效应力逐渐增大.铺层厚度改变导致叶片变形与应力的变化不超过5％.因此,在设计复合材料叶片时应将设计的着重点放在铺层角度上.

以大展弦比机翼为研究对象,利用流固耦合方法对复合材料机翼铺层参考方向进行了数值模拟研究,分析了铺层参考方向轴偏角的改变对大展弦比机翼静气动弹性的影响.研究表明:铺层参考方向轴偏角的改变会对机翼气动弹性产生显著的影响.机翼的总体变形与扭转变形随着参考方向轴偏角的改变呈现周期分布;沿着机翼各个方向的挠度也会因为参考方向轴偏角的改变而产生不同的响应.

以大展弦比机翼为研究对象,基于Miner线性累积损伤理论并利用有限元分析方法计算了不同攻角下大展弦比机翼的疲劳寿命.首先,以N-S方程为基础,使用双向流-固耦合方法求解了巡航状态下机翼结构的位移,应力以及应变.其次,对机翼进行疲劳寿命分析,得到了机翼结构疲劳薄弱位置和不同攻角下的寿命情况.结果表明:大展弦比机翼疲劳薄弱位置易出现在翼尖前缘和翼根处,前缘的寿命从翼尖沿着机翼展向向翼根处增加;机翼的寿命情况与攻角的改变以及翼型参数密切相关,且在给定飞行工况下,一般会存在一个寿命最大攻角.