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组合动力飞行器结构_热防护系统设计技术研究-硕士论文.pdf 84页

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摘 要 摘 要 组合动力飞行器在飞行过程中受到复杂的力热载荷,结构/热防护系统设计是其总 体设计的一项关键技术。本文从热防护系统设计、机翼结构布局优化设计、结构系统优 化设计三个方面展开研究,完成了组合动力飞行器的结构/热防护系统方案设计。主要 工作包括以下几个方面: (1) 分析了组合动力飞行器的力热环境,给出其结构/热防护系统初步方案。在多学 科设计优化环境下梳理了各学科间的耦合关系,建立了组合动力飞行器结构/热防护系 统设计流程。 (2) 针对组合动力飞行器的热防护需求,建立热防护系统设计方法。基于工程估算 方法计算了组合动力飞行器的气动热环境,并利用空间插值方法建立了气动热数据库。 结合国外典型组合动力飞行器的热防护方案,完成了本文组合动力飞行器的热防护方案 选型与优化设计,最终获得组合动力飞行器热防护系统质量为7102.3 kg ,占飞行器干重 的19.19% 。 (3) 针对结构布局优化设计需求,以组合动力飞行器机翼结构为例,采用 “两级三 层”布局优化设计方法,第一级通过拓扑优化获得机翼结构的主传力路径,第二级通过 形状/尺寸综合优化设计获得机翼结构的最优布局方案。此外,将飞行器不同部位的材 料选择纳入结构优化设计范畴,提出了结构离散材料选型优化设计方法,完成了机翼结 构不同部位的材料选型优化设计。 (4) 基于均匀化方法建立了典型加筋板结构的刚度性能等效方法,并通过算例验证 了等效方法的准确性。基于等效模型与拓扑优化结果,建立了组合动力飞行器的结构有 限元模型,完成了结构瞬态传热分析与优化设计,最终得到组合动力飞行器的最优结构 质量。 本文研究内容为组合动力飞行器总体设计阶段的结构/热防护系统设计提供了一套 完整的设计流程,满足组合动力飞行器多学科设计优化中对于结构/热防护系统的设计 需求,为该类型组合动力飞行器的结构/热防护系统设计提供技术支撑。 关键词:组合动力飞行器, 热防护系统, 布局优化, 刚度等效, 优化设计 I ABSTRACT ABSTRACT Combined-cycle propulsion vehicle is subjected to complex thermal and aerodynamic load during flight, and the design of structure and thermal protection system (TPS) is a key technology for the conceptual design. A preliminary design process for rapid design of TPS, optimization design of wing structure layout, optimization design of the structure system was presented in this paper, and the concept of structure and TPS was obtained. The work of this paper is finished in the following aspects: (1) The aero-thermal environment of combined-cycle propulsion ve

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