Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Викулин Юрий Юрьевич. Параметрическое моделирование поверхности адаптивного крыла с гибкими обшивками : Дис. ... канд. техн. наук : 05.01.01 Москва, 2005 132 с. РГБ ОД, 61:06-5/1365


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ
ОСОБЕННОСТЕЙ АДАПТИВНЫХ КРЫЛЬЕВ И СОВРЕМЕННЫХ
МЕТОДОВ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 13

  1. Аэродинамические особенности адаптивного крыла 14

  2. Анализ конструктивных особенностей адаптивного крыла 19

  3. Сравнительный анализ методов проектирования поверхности крыла 22

  4. Анализ методов проектирования поверхностей гибких упругих оболочек 25

  5. Задание поверхности гибкой обшивки способом изгибания 29

  6. Анализ методов геометрического моделирования одно- и двумерных обводов, используемых для проектирования поверхностей гибких обшивок 30

  7. Проблемы представления информации о внешних обводах в современных САПР 35

Выводы по главе 1 40

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОДНОМЕРНЫХ ОБВОДОВ ДЛЯ

ЗАДАНИЯ ЛИНЕЙНОГО КАРКАСА ПОВЕРХНОСТИ 42

2.1. Метод конструирования плоского обвода с использованием

закона изменения углов наклона касательных вдоль его длины 42

  1. Задание геометрического базиса проектируемого обвода 42

  2. Вычисление координат точек обвода 43

  3. Граничные условия решаемой задачи 44

  4. Вывод уравнений энергии деформаций 46

  5. Вывод уравнения экстремали 48

  6. Приведение решения уравнения экстремали к граничным условиям задачи 50

-3-
2.1.7. Анализ уравнения экстремали обвода 51

  1. Разработка алгоритмов управления формой обвода 57

  2. Анализ ограничений, накладываемых на кривизну обвода 63

Выводы по главе 2 65

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДВУМЕРНЫХ ОБВОДОВ ДЛЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ГИБКОЙ ОБШИВКИ 66

  1. Задание геометрического базиса проектируемых поверхностей 66

  2. Алгоритм формирования изометричных поверхностей 68

  3. Геометрическое моделирование практической поверхности гибкой обшивки 70

  1. Аппроксимация одномерного обвода рациональной кубической кривой 71

  2. Аппроксимация одномерного обвода кривой второго порядка 79

  3. Формирование двумерного обвода с линейным каркасом

из рациональных кубических кривых 80

Выводы по главе 3 84

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОТСЕКОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ АДАПТИВНОГО
КРЫЛА 85

  1. Выбор геометрической схемы адаптивного крыла 86

  2. Задание параметрической модели адаптивного крыла 88

  3. Разработка варианта геометрической схемы и алгоритмов проектирования адаптивного носка 90

  1. Задание положения носка и выбор граничных условий 94

  2. Алгоритм построения кривой в задающем сечении 96

  3. Алгоритмы проектирования верхней поверхности носка 98

  4. Проектирование поверхности гибкой обшивки со свободным краем 100

4.3.5. Алгоритм построения базового сечения нижней
поверхности 101

4.3.6. Методика задания линии обреза обшивки 102

Выводы по главе 4 103

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 120

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 125

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 128

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 131



Введение диссертации:

Актуальность темы исследования. В настоящее время важной целью совершенствования авиационной техники является решение задачи улучшения взлётно-посадочных характеристик летательных аппаратов, которые во многом определяются механизацией крыла и способами её управления. Одним из новых решений в конструкции самолетов является применение адаптивного крыла. Адаптивное крыло (АК) наилучшим образом способствует росту аэродинамического качества самолёта на всех этапах полёта, реагируя на команды, поступающие от летчика. Такое крыло изменяет в полёте форму профиля для обеспечения оптимальных рабочих характеристик по всему диапазону полетных режимов.

АК обладает достаточно сложной геометрией, которая определяется из условий аэродинамики, прочности, конструкции и компоновки агрегата. В связи с тем, что обозначилась общая тенденция в самолётостроении по применению такого крыла, то знание законов и методов изменения формы профиля является важной и актуальной темой исследования при проектировании АК.

Несмотря на достаточную известность концепции изменяемой кривизны, многие связанные с ней задачи не решены. Например, задача использования гибкой обшивки для получения наивысших характеристик по всему диапазону полётных режимов и применение автоматического управления для пилотирования на большом числе эксплуатационных режимов полёта без привнесения дополнительной нагрузки для лётчика.

Для достижения хороших рабочих параметров системы требуется моделирование и создание гладких и гибких обшивок адаптивной механизации кромок крыла. В отличие от общепринятых в настоящее время типов конструкции крыла, контур профиля АК не имеет разрывов, которые обычно происходят из-за наличия предкрылков, закрылков, обтекателей и вызывают возмущение обтекающего крыло воздушного потока.

Отсутствие математической модели поверхности (ММП) АК, ее алгоритмической и программной реализации, отсутствие или недостаточная проработанность методик конструирования АК значительно затрудняют процесс выбора оптимального решения, порождая и без того многочисленные конструкторские варианты (итерации).

Нестандартные решения в конструкции АК ведут к неточному и дорогому эмпирическому моделированию на всех стадиях проектирования. Тем не менее, уже на стадии технического предложения необходимо создать довольно точную поверхность целого агрегата для изготовления продувочных моделей. В перспективе требования к математической модели поверхности адаптивного крыла на ранних этапах будут очень жесткими вследствие применения высокотехнологичного оборудования для изготовления продувочных моделей, например, стереолитографической установки.

Отличительной особенностью систем автоматизированного проектирования (САПР), влияющей на повышение производительности труда инженеров-конструкторов, является то, что разрабатываемые и применяемые новые математические методы позволяют найти более простые конструктивные решения, а также избежать роста стоимости продукции при использовании современной технологии производства новых изделий.

Кроме того, повышается эффективность обучения персонала, включая и разработчиков, и сопровождающих производство инженеров-технологов. При этом использование разрабатываемых методов математического моделирования поверхности адаптивного крыла в САПР приводит к сокращению сроков разработок в связи с дополнительным повышением производительности конструкторского труда.

Все это подтверждает актуальность выполненного диссертационного исследования, посвященного моделированию поверхности адаптивного крыла с гибкими обшивками.

Тема настоящего исследования связана с научно-практическими разработками, выполняемыми автором в ОАО «ОКБ Сухого».

Объектом диссертационного исследования являются поверхности адаптивного крыла с гибкими обшивками.

Предметом исследования является геометрическое моделирование поверхностей гибкой обшивки адаптивного крыла для применения в САПР высокого уровня.

Цель работы - разработка методов и алгоритмов параметрического моделирования поверхностей гибкой обшивки адаптивного крыла, обеспечивающих высокую степень автоматизации проектирования в современных промышленных САПР.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи:

  1. Анализ существующих и перспективных конструкций адаптивных крыльев и разработка общей компоновки отсека АК с учетом конструктивных, аэродинамических и технологических требований.

  2. Разработка математической модели одномерного обвода, удовлетворяющего требованиям минимизации внутренней энергии деформации при заданных граничных условиях.

  3. Разработка методики моделирования и управления формой двумерного обвода с использованием рациональных кубических кривых, позволяющей проектировать адаптивное крыло с требуемой средней линией профиля.

  4. Обоснование параметрического подхода при разработке математической модели поверхности адаптивного крыла для достижения высокой степени автоматизации проектирования.

  5. Анализ и оптимизация разработанных геометрических моделей средствами системы автоматизированного проектирования высокого уровня с учетом возможности аппроксимации применяемых обводов рациональными параметрическими кривыми.

  6. Внедрение в производство разработанных алгоритмов и пакета прикладных программ проектирования поверхности адаптивного крыла.

Методика выполнения работы.

Общей теоретической базой настоящего исследования послужили работы ученых и специалистов в следующих направлениях:

теории геометрического моделирования: Четверухина Н.Ф., Котова И.И., Рыжова Н.Н., Осипова В.А., Якунина В.И. и многих других;

строительной механике конструкции: Власова В.З., Кан С.Н., Курдюмова А.А., Огибалова П.М., Образцова И.Ф. и др.;

теории изгибания поверхностей: Погорелова А.В., Фоменко В.Т. и др.;

параметризации поверхностей и обводов: Четверухина Н.Ф., Рыжова Н.Н. и др.

теории сплайн - функций, полиномов высоких степеней и тригонометрической интерполяции: Осипова В.А., Зубкова В.А., Тузова А.Д., Де Бора К., Швейкерта Д. и др.

При выполнении исследования использованы основополагающие работы по параметризации поверхностей и обводов: Котова И.И. [45], Рыжова Н.Н. [77], Осипова В.А. [64-66]; теории каркаса: Рыжова Н.Н. [76]; вопросам геометрического моделирования и преобразования пространства: Валькова К.И. [12], Иванова Г.С. [38-39], Тевлина A.M. [88]; вопросам нелинейных сплайнов: Мелума Е. [117]; вопросам автоматизации графических работ и использования ЭВМ в начертательной геометрии и по вопросам создания геометрических подсистем САПР: Безье П. [95,113], Михайленко В.Е. [54], Надолинного В.А. [58-59], Филлипова П.В. [94], Якунина В.И. [107-109].

При решении поставленных задач использовались методы алгебраической, аналитической, начертательной и проективной геометрии, строительной механики, теории алгебраических кривых и др.

Научную новизну выполненного исследования составляют следующие результаты:

  1. Метод конструирования и исследования свойств плоского обвода, основанный на использовании закона изменения углов наклона касательных вдоль его длины.

  2. Алгоритм решения задачи нахождения изометричных форм развёртывающихся поверхностей.

  3. Методика применения рациональных кривых для аппроксимации минимизирующего обвода в линейном каркасе поверхностей гибких обшивок.

  4. Методика исследования локальных характеристик двумерного обвода при проектировании изометричных форм гибких обшивок адаптивной механизации для обеспечения требуемого порядка гладкости в направлении набегающего воздушного потока.

  5. Методика построения и использования параметрических моделей поверхности адаптивного крыла.

  6. Алгоритмы геометрического моделирования поверхности адаптивного носка с гибкими обшивками в диапазоне рабочих углов его отклонения.

Практическая ценность выполненного исследования заключается в разработке методик и алгоритмов проектирования отклоняемых носков адаптивного крыла для аэродинамических продувочных моделей. Спроектировано более 10 вариантов отклоняемых носков АК и изготовлены продувочные модели на высокопроизводительном оборудовании с ЧПУ.

Проведён анализ существующих методов проектирования крыльев, адаптивной механизации и их конструкции. На основе анализа предложены новые методы проектирования.

В том числе решены следующие задачи проектирования поверхностей адаптивного крыла:

- разработан алгоритм и программы аппроксимации обводообразующей

кривой гибкой обшивки для различных углов отклонения адаптивной механизации;

- разработана методика и программа проектирования гибких обшивок для

адаптивного носка;

- разработана методика проектирования поверхности адаптивных крыльев

с использованием параметров формы для системы автоматизированного проектирования.

Полученные результаты позволили существенно сократить сроки изготовления аэродинамических моделей и повысить качество проектно-конструкторских работ.

На защиту выносятся следующие результаты, определяющие научную новизну и имеющие практическую ценность:

- метод геометрического моделирования одномерного обвода, минимизи-

рующего внутреннюю энергию деформации стержня при заданных граничных условиях;

- алгоритм изометрического отображения плоскости при проектировании

развёртывающихся поверхностей;

- метод задания геометрического базиса дискретного каркаса изометрич-

ных поверхностей;

методика параметрического моделирования адаптивного крыла;

метод проектирования адаптивного носка крыла с гибкими обшивками. Реализация результатов диссертационной работы осуществлена в виде

рабочих методик, алгоритмов и пакетов прикладных программ проектирования поверхностей адаптивных крыльев.

Результаты исследования внедрены в производство в ОАО «ОКБ Сухого» при проектировании адаптивных носков самолётов нового поколения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы
, были доложены и обсуждены на следующих семинарах и научно-

технических конференциях:

  1. на научно-методических семинарах кафедры «Прикладная геометрия» Московского авиационного института (государственного технического университета);

  2. на XXVII Международной молодежной научной конференции «Гага-ринские чтения», г. Москва, 9-12 апреля 2002 г.;

3) на первой научно-практической конференции ОАО «ОКБ Сухого»,
г. Москва, 2002 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 работ, в которых полно отражены теоретические и прикладные результаты проведенных исследований. Три работы находятся в печати.

Структура и объём работы. Диссертация объемом 119 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 121 наименование и четырёх приложений. Она содержит 47 рисунков и 5 таблиц. В приложениях приведены программа расчета обвода, примеры разработанной параметрической модели адаптивного крыла, эпюры изгибания конических и цилиндрических поверхностей и акт о внедрении результатов исследования.

Во введении дан анализ исследуемых вопросов, обоснована актуальность работы, определены её цели и задачи, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе даётся обзор существующих методов задания и расчёта,
которые применяются для проектирования формы гибкой обшивки адаптив-
ной механизации, отмечаются их недостатки, описывается проблема пред-
1 ставлення поверхностей в САПР высокого уровня, а так же аэродинамиче-

ские и конструктивные особенности адаптивных крыльев.

Во второй главе предложен метод проектирования обвода линейного каркаса гибкой поверхности, который аппроксимирует среднюю линию изо-

-12-гнутого гибкого упругого стержня с постоянной жёсткостью по длине. В отличие от известных методов не накладывается ограничений на большие прогибы. Граничные условия не требуют информации о внутренних прочностных характеристиках материала.

В третьей главе предлагается метод проектирования составной поверхности на основе дискретного линейного каркаса с учётом изгибаний. Исследование изгибаний поверхностей, в частности поверхности отсека линейчатого крыла с процентной разбивкой, целесообразно вести при помощи упрощённой модели - развёртывающейся поверхности. Для сокращения сроков проектирования предлагается использовать упрощённую модель одномерного обвода, исследуются отличия обводов с разной параметризацией.

В четвертой главе разработаны параметрической модели поверхности отсека АК для использования в САПР высокого уровня. Предложены практические алгоритмы проектирования дискретного каркаса гибких обшивок для одного из вариантов геометрической схемы адаптивного носка, а также принципы формирования граничных условий для различных углов отклонения механизации.

В заключении диссертации приведены основные теоретические и практические результаты. Установлено, что геометрическое моделирование поверхностей адаптивного крыла применительно к их обработке в САПР высокого уровня, является актуальной задачей. Основным требованием, предъявляемым к таким геометрическим моделям, является использование небольшого количества простых управляющих параметров, при изменении которых можно получать семейство поверхностей (для занесения в конструкторскую базу знаний). Разработанные в диссертации методики и прикладные программы позволяют в сжатые сроки на ранних этапах проектирования разработать высококачественные математические модели поверхности носовой части крыла и применять высокопроизводительное оборудование с ЧПУ для изготовления продувочных моделей.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций