直升机旋翼集成设计平台开发及桨叶结构优化

发布时间：2017-08-08 08:20

  本文关键词：直升机旋翼集成设计平台开发及桨叶结构优化

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【摘要】：旋翼是直升机的关键部件,由桨毂、自动倾斜器和桨叶等组件构成。直升机旋翼结构设计需要跨越多个学科、多个软件才能完成,然而,现有旋翼软件系统之间大都相互独立,使用的操作系统、数据格式也不尽相同,信息传递较为困难,这大大影响了旋翼结构设计的效率。另外,直升机桨叶结构设计中优化设计难以开展、自动化三维建模程度较低。针对上述问题,本文对旋翼结构设计方法和集成设计技术展开了研究,在此基础上开发了直升机旋翼结构集成设计平台软件RDIS(Rotor Design Integration System),集成了桨毂与自动倾斜器结构设计子系统、桨叶结构设计子系统、旋翼调频优化设计子系统;同时,本文对桨叶结构优化和桨叶组件自动化三维建模方法进行了研究,并将研究成果集成到RDIS软件中。本文主要研究内容如下:1.基于数据库访问、CATIA二次开发、参数化图形显示等技术,自主研发了直升机旋翼结构集成设计平台软件RDIS,将桨毂与自动倾斜器结构设计、桨叶结构设计、旋翼调频优化设计三个子系统集成起来,实现了软件子系统之间、RDIS软件与外部软件之间的信息传递。该平台软件目前已经交付使用。2.基于桨叶参数化定义和特性计算开展了桨叶结构优化设计研究,对桨叶结构设计变量、设计约束、优化目标、优化方法进行了分析,利用iSight多学科优化软件建立了桨叶剖面优化模型和整体优化模型,以某模型桨叶为例进行了结构优化实验,取得了桨叶转动惯量增大1.20%,同时质量减小3.29%的优化效果。3.桨叶组件的自动化三维几何建模是桨叶结构优化设计工作的延伸和优化结果的最终体现。本文以桨叶组件定义参数为基础,开展了桨叶填充物等组件的自动化三维几何建模方法研究,并且开发了相应的自动化建模程序,完成了某模型桨叶翼型段和桨尖段填充物的自动化三维几何建模,验证了本文提出的自动化建模方法的有效性。
【关键词】：直升机 旋翼 集成设计平台 桨叶 优化 自动化建模
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13
• 1.2 集成设计平台概述13-16
• 1.2.1 集成设计平台的研究现状与技术优势13-14
• 1.2.2 集成设计平台的关键技术14-16
• 1.3 桨叶结构设计概述16-19
• 1.3.1 桨叶结构优化设计17-18
• 1.3.2 复合材料桨叶组件的三维建模18-19
• 1.4 本文研究内容19-21
• 第二章 直升机旋翼结构集成设计平台软件开发21-42
• 2.1 引言21-22
• 2.2 设计流程分析22-28
• 2.2.1 桨毂与自动倾斜器结构设计子系统设计流程22-23
• 2.2.2 桨叶结构设计子系统设计流程23-25
• 2.2.3 旋翼调频优化设计子系统设计流程25-27
• 2.2.4 集成平台软件总体设计流程27-28
• 2.3 应用软件集成技术28-31
• 2.3.1 CATIA软件集成29
• 2.3.2 自研软件集成29
• 2.3.3 iSight软件集成29-31
• 2.4 数据管理技术31-34
• 2.4.1 数据库访问技术31-32
• 2.4.2 系统数据库设计32-34
• 2.5 软件界面设计34-41
• 2.5.1 软件辅助功能模块界面35-36
• 2.5.2 桨毂与自动倾斜器结构设计子系统界面36-38
• 2.5.3 桨叶结构设计子系统界面38-40
• 2.5.4 旋翼调频优化设计子系统界面40-41
• 2.6 小结41-42
• 第三章 复合材料桨叶的参数化定义与结构特性分析42-48
• 3.1 引言42
• 3.2 复合材料桨叶组件的参数化定义方法42-45
• 3.2.1 接头填块定义方法42-43
• 3.2.2 蒙皮定义方法43-44
• 3.2.3 翼型段大梁定义方法44-45
• 3.2.4 翼型段后缘条定义方法45
• 3.3 复合材料桨叶的结构特性分析方法45-47
• 3.3.1 桨叶剖面结构特性参数计算45-46
• 3.3.2 整片桨叶结构特性参数计算46-47
• 3.4 小结47-48
• 第四章 基于参数化定义的桨叶结构优化48-66
• 4.1 引言48
• 4.2 桨叶结构优化模型48-53
• 4.2.1 设计变量的数学表达48-50
• 4.2.2 优化约束50-51
• 4.2.3 优化目标51-52
• 4.2.4 优化方法52-53
• 4.3 优化设计的实现53-56
• 4.3.1 优化支撑文件解析53-54
• 4.3.2 剖面优化模型54-55
• 4.3.3 整体优化模型55-56
• 4.4 桨叶结构优化实验56-65
• 4.4.1 实验条件57-58
• 4.4.2 NSGA-II优化结果58-60
• 4.4.3 种群规模和迭代次数的确定60-61
• 4.4.4 三种优化算法结果比较61-62
• 4.4.5 桨叶整体优化实验62-65
• 4.5 小结65-66
• 第五章 桨叶填充物的自动化三维几何建模66-75
• 5.1 引言66
• 5.2 填充物自动建模的基本思路66-67
• 5.3 填充物外围组件三维几何建模67-70
• 5.3.1 多铺层蒙皮结构三维几何建模67-69
• 5.3.2 大梁和后缘条的自动三维几何建模69-70
• 5.4 填充物三维几何建模70-72
• 5.4.1 切割蒙皮内表面70
• 5.4.2 生成桥接曲面70-71
• 5.4.3 生成左右封闭曲面71-72
• 5.4.4 生成填充物实体72
• 5.5 填充物建模实例72-74
• 5.5.1 多铺层蒙皮三维几何模型72-73
• 5.5.2 填充物三维几何模型73-74
• 5.6 小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 进一步的研究工作76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 在学期间的研究成果及发表的论文82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 Jiang Xiangwen;Zhao Qijun;Zhao Guoqing;Li Peng;;Integrated optimization analyses of aerodynamic/stealth characteristics of helicopter rotor based on surrogate model[J];Chinese Journal of Aeronautics;2015年03期

2 曾伟;林永峰;黄水林;刘平安;;共轴双旋翼桨毂减阻初步分析研究[J];直升机技术;2014年04期

3 赵秋华;张丽艳;黄s，

本文编号：639006