一种3D打印的结构相似气动弹性模型及其设计方法技术

本申请提供了一种结构相似气动弹性模型设计方法，包括：按照设计尺度比，将真实飞机部件结构进行缩比；按设计刚度比确定缩比后的飞机部件结构形状及尺寸；按设计重量比对比结构重量与真实飞机部件缩比重量的偏差，通过重量分布计算确定配重位置、配重重量及配重体尺寸；通过仿真分析校核模型是否满足相似要求，如不满足，则对配重或缩比后飞机部件结构形状或尺寸进行调整，直至模型满足相似要求；通过3D打印技术打印所述模型，完成气动弹性模型的构建。通过本申请的方法构建的模型能够满足气动弹性模型对结构的布置、气动外形、刚度及重量分布模拟的要求，并且模拟准确，提高了气动弹性试验的精度及可信度，且加工工作量及难度小、周期短。小、周期短。小、周期短。

A 3D printed structure similar aeroelastic model and its design method

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印的结构相似气动弹性模型及其设计方法


[0001]本申请属于飞机气动弹性
，特别涉及一种3D打印的结构相似气动弹性模型及其设计方法。

技术介绍

[0002]气动弹性动稳定性是飞机设计中必须要面对的重要问题之一，由于气动弹性动稳定性不足而引起的事故往往会导致机毁人亡。气动弹性试验是进行气动弹性动稳定性研究和设计中的必要环节，是预测和验证飞机气动弹性特性并完善设计的重要手段，验证方法包括风洞试验和模型自由飞行试验等。上述试验中所使用的气动弹性模型需要准确的缩比模拟飞机的真实气动外形、刚度和重量分布，才能使其达到动力学特性及气动弹性动稳定性与真实飞机按比例相似的要求。
[0003]当前的气动弹性模型在设计过程中由于受到加工工艺、材料特性、尺寸要求、刚度要求和重量要求等诸多条件限制，只能满足结构动力学相似的要求，即满足模型的结构动力学特性与真实飞机或部件按比例相似。模型中采用简化的金属梁架作为承力结构，去除真实结构的部分结构并将其通过刚度等代原则进行等效设计，模型中采用木质或硬质泡沫盒段作为维形框架，通过在维形框架上粘贴纸膜来模拟气动外形，通过在承力结构上固接铅块或高密度合金来模拟重量分布。
[0004]燃油这种模型无法准确模拟真实结构布置，气动外形模拟精度低，加工、装配工艺复杂，由真实结构向模型结构进行简化和等效的设计过程计算量大、难度大且易出错。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供了一种3D打印的结构相似气动弹性模型及其设计方法，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
[0006]一方面，本申请提供了一种结构相似气动弹性模型设计方法，包括：
[0007]按照设计尺度比，将真实飞机部件结构进行缩比；
[0008]按设计刚度比确定缩比后的飞机部件结构形状及尺寸；
[0009]按设计重量比对比结构重量与真实飞机部件缩比重量的偏差，通过重量分布计算确定配重位置、配重重量及配重体尺寸；
[0010]通过仿真分析校核模型是否满足相似要求，如不满足，则对配重或缩比后飞机部件结构形状或尺寸进行调整，直至模型满足相似要求；
[0011]通过3D打印技术打印所述模型，完成气动弹性模型的构建。
[0012]进一步的，在仿真分析前，还包括：
[0013]依据真实飞机部件结构，在飞机易失稳部位增加局部支撑或填充。
[0014]进一步的，3D打印中的材料包括金属、光敏树脂、塑料和尼龙。
[0015]另一方面，本申请提供了一种3D打印的结构相似气动弹性模型，所述模型包括用于模拟真实飞机主要承力部件的蒙皮、纵向构件、横向构件、操纵面及操纵面内部构件和连
接结构以及用于模拟真实飞机重量分布的配重体；
[0016]其中，所述蒙皮、纵向构件、横向构件、操纵面及操纵面内部构件和连接结构按照设计尺度比设计刚度比将真实飞机部件结构进行缩比得到结构的形状及尺寸；
[0017]所述配重体按设计重量比对比结构重量与真实飞机部件缩比重量的偏差，通过重量分布计算确定的配重体位置、配重体重量及配重体尺寸；
[0018]通过3D打印技术打印所述模型中的蒙皮、纵向构件、横向构件、操纵面及操纵面内部构件和连接结构及配重体。
[0019]进一步的，所述纵向构件包括对应于真实飞机结构中的梁、长桁和纵墙等的缩比结构。
[0020]进一步的，所述横向构件包括对应于真实飞机结构中的肋、加强框和隔板等的缩比结构。
[0021]进一步的，所述3D打印的材料包括金属、光敏树脂、塑料和尼龙。
[0022]进一步的，模型中的承力结构部件采用非金属的光敏树脂、塑料或尼龙等进行3D打印，承力结构部件包括蒙皮、纵向构件、横向构件、操纵面及操纵面内部构件和连接结构。
[0023]本申请的3D打印结构相似气动弹性模型能够满足气动弹性模型对结构的布置、气动外形、刚度及重量分布模拟的要求，且该模型具有足够的强度，可准确模拟真实飞机结构的布置和气动外形，提高气动弹性试验的精度及可信度，且设计加工工作量小、难度小、周期短。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0025]图1为本申请的结构相似气动弹性模型设计方法流程图。
[0026]图2为本申请的3D打印结构相似气动弹性模型示意图。
[0027]图3为本申请的3D打印结构相似气动弹性模型内部结构示意图。
[0028]附图标记：
[0029]1‑
蒙皮
[0030]2‑
操纵面
[0031]3‑
端肋
[0032]4‑
连接结构
[0033]5‑
纵向构件
[0034]6‑
横向构件
[0035]7‑
配重体
[0036]8‑
操纵面内部结构
具体实施方式
[0037]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0038]为了准确模拟真实飞机结构的布置以及具有较高的气动外形模拟精度，本申请中
提供了一种3D打印的结构相似气动弹性模型设计方法。
[0039]如图1所示，本申请提供的结构相似气动弹性模型设计方法包括以下如下步骤：
[0040]S1、按照设计尺度比将真实飞机结构部件中的蒙皮、纵向构件、横向构件等主要结构进行缩比；
[0041]S2、按设计刚度比通过刚度等代计算确定缩比后上述结构的属性，该属性包括尺寸及形状等，例如蒙皮的厚度、缘条的截面形状及尺寸；
[0042]S3、按设计重量比对比结构重量与真实飞机部件缩比重量的偏差，通过重量分布计算确定配重位置、配重重量及配重体尺寸；
[0043]S4、依据真实飞机的部件结构，在易失稳部位增加局部支撑或填充；
[0044]S5、通过仿真分析校核模型是否满足相似要求，如不满足，则对配重或缩比后的上述结构属性进行局部调整，即迭代步骤S2～S4，直至模型满足相似要求；
[0045]S6、最后采用3D打印技术一次加工成型结构相似气动弹性模型的整体。其中，3D打印中所采用的材料可以包括金属、光敏树脂、塑料或尼龙等。优选的，对于模型中的承力结构部件，例如蒙皮、纵向构件、横向构件等，采用非金属的光敏树脂、塑料或尼龙等进行3D打印。
[0046]如图2和图3所示为通过方法构建的气动弹性模型(机翼部分)示意图，该3D打印的结构相似气动弹性模型包括蒙皮1、纵向构件5、横向构件6、操纵面2及操纵面内部结构8、连接结构4和配重体7。其中，纵向构件5对应于飞机结构中的梁、长桁、纵墙等结构，横向构件6对应于飞机结构中的肋、加强框、隔板等结构，纵向构件5和横向构件6构成模型的支撑骨架，蒙皮1敷设在支撑骨架上。在该支撑骨架的边缘设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印的结构相似气动弹性模型设计方法，其特征在于，包括：按照设计尺度比，将真实飞机部件结构进行缩比；按设计刚度比确定缩比后的飞机部件结构形状及尺寸；按设计重量比对比结构重量与真实飞机部件缩比重量的偏差，通过重量分布计算确定配重位置、配重重量及配重体尺寸；通过仿真分析校核模型是否满足相似要求，如不满足，则对配重或缩比后飞机部件结构形状或尺寸进行调整，直至模型满足相似要求；通过3D打印技术打印所述模型，完成气动弹性模型的构建。2.如权利要求1所述的3D打印的结构相似气动弹性模型设计方法，其特征在于，在仿真分析前，还包括：依据真实飞机部件结构，在飞机易失稳部位增加局部支撑或填充。3.如权利要求1所述的3D打印的结构相似气动弹性模型设计方法，其特征在于，3D打印材料包括金属、光敏树脂、塑料和尼龙。4.一种3D打印的结构相似气动弹性模型，其特征在于，所述模型包括用于模拟真实飞机主要承力部件的蒙皮、纵向构件、横向构件、操纵面及操纵面内部构件和连接结构以及用于模拟真实飞机重量分布的配重体；其中，所述蒙皮、纵向构件、横向构...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家亮，吴江鹏，脱朝智，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：