Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Упругость конструкций крыльев большого удлинения оказывает большое влияние на аэродинамические и аэроупругие характеристики самолета. За счет расположения силовых элементов (кессона крыла, лонжеронов и стрингеров) можно в определенных пределах изменять это влияние в нужную сторону. Однако наибольшее влияние на аэродинамические характеристики крыла оказывает его форма в плане и прежде всего стреловидность. При обратной стреловидности, как известно, за счет упругости углы атаки и, следовательно, аэродинамическая нагрузка возрастают вблизи концов крыла как за счет кручения, если ось жесткости расположена сзади линии давления, так и за счет изгиба. Это приводит к перераспределению нагрузки в концевую часть крыла и в результате снижает критическую скорость дивергенции.
Поэтому такие крыла используются редко, хотя они имеют определенные достоинства в плане компоновки самолета и организации хорошего обзора из кабины летчика.
Наоборот, у крыльев прямой стреловидности упругость конструкции снижает нагрузки концевой части крыла. На практике это обычно компенсируется предварительной геометрической круткой крыла.
Представляет интерес использование крыльев двойной стреловидности - обратной в корневой части и прямой в концевой части. Этой вариант формы крыла еще недостаточно изучен с точки зрения аэроупругости , и поэтому исследование в этом направлении являются актуальным.
На распределение аэродинамической нагрузки по крылу также можно повлиять путем выбора свойств анизотропии обшивки для связи деформаций изгиба и кручения.
Например, чтобы при изгибе крыла вверх, вызванном повышением аэродинамической нагрузки, оно за счет анизотропии закручивается, уменьшая углы атаки и снижая тем самым аэродинамическую нагрузку.
Этим актуальным проблемам статической аэроупругости крыльев переменной (двойной) стреловидности с анизотропной обшивкой посвящена данная диссертация.
Цель работы, состоит в том, чтобы разработать эффективные модели деформирования и аэродинамического нагружения упругого крыла и методы решения статических задач аэроупругости крыла переменной (двойной) стреловидности с анизотропной обшивкой на предварительной стадии проектирования с оптимизацией.
Научная новизна заключается в следующем :
- для аэроупругой модели самолета с абсолютно жестким фюзеляжем и
упругим крылом переменной стреловидности, разработан метод
отсеков как укрупненных конечных элементов в виде подкрепленных
тонкостенных цилиндрических и слабоконических оболочек, с
произвольным контуром поперечных сечений, работающих на изгиб,
поперечный сдвиг и кручение при свободной депланации;
- построены матрицы жесткости таких отсеков на основе теории
тонкостенных анизотропных балок и на основе теории безмоментных
анизотропных цилиндрических оболочек по методу В.З.Власова;
для этого метода построена на произвольном контуре анизотропной оболочки система ортогональных функций и их производных, при использовании которых уравнения метода Власова распадаются на несвязанные уравнения и решаются аналитически точно;
по методу Власова также получены дифференциальные уравнения и матрицы жесткости отсеков в виде скошенного кессона крыла с анизотропными панелями и нервюрами, установленными по потоку.
Практическая ценность диссертации состоит: В разработке комплекса программ для решения задач статической аэроупругости крыльев переменной (двойной) стреловидности с анизотропной обшивкой, для которых используются полученные матрицы жесткости отсеков, а аэродинамические нагрузки определяются по методу дискретных вихрей в виде системы эквивалентных сосредоточенных сил; численной оценки влияния анизотропии и двойной стреловидности крыльев на распределение аэродинамической нагрузки по размаху.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается обоснованностью используемых допущений и аппроксимаций и строгостью математических формулировок и решений, а также сравнением их с численными решениями по методу
конечных элементов с мелкими сетками.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XV и XVI международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред им. А.Г. Горшкова (Москва - Ярополец, 2009, 2010 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 4-х печатных работах, из них 2 статьи в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 64 наименований. Общий объем диссертации - 119стр, включая 34 рисунка и 8 таблиц.