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低速风洞试验模型轻量化设计

王碧玲 刘传辉 孙鹏飞 周睿 张彩成 韩松梅 赵长辉

王碧玲, 刘传辉, 孙鹏飞, 等. 低速风洞试验模型轻量化设计[J]. 实验流体力学, 2018, 32(2): 89-93. doi: 10.11729/syltlx20170125
引用本文: 王碧玲, 刘传辉, 孙鹏飞, 等. 低速风洞试验模型轻量化设计[J]. 实验流体力学, 2018, 32(2): 89-93. doi: 10.11729/syltlx20170125
Wang Biling, Liu Chuanhui, Sun Pengfei, et al. Lightweight design of low speed wind tunnel model[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(2): 89-93. doi: 10.11729/syltlx20170125
Citation: Wang Biling, Liu Chuanhui, Sun Pengfei, et al. Lightweight design of low speed wind tunnel model[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(2): 89-93. doi: 10.11729/syltlx20170125

低速风洞试验模型轻量化设计

doi: 10.11729/syltlx20170125
详细信息
    作者简介:

    王碧玲(1981-), 女, 山西灵石人, 博士, 高级工程师。研究方向:风洞试验模型设计与制造。通信地址:辽宁省沈阳市皇姑区阳山路1号(110034)。E-mail:ling2559@sina.com

    通讯作者:

    赵长辉, E-mail:sacwbl@163.com

  • 中图分类号: V211.78

Lightweight design of low speed wind tunnel model

  • 摘要: 风洞试验模型的设计和制造直接关系到风洞试验数据的准确性,对飞行器研制的周期和成本具有重要的影响。对低速风洞试验模型进行轻量化设计是获得可靠风洞试验数据和降低风洞试验成本的关键环节。采用复合材料蒙皮加框梁及增材制造结构,以某民机模型为研究对象,开展整体化、轻量化设计,应用有限元分析软件对设计结果进行强度校核和振动分析。结果表明,通过优化设计,与传统金属模型相比,模型设计重量降低50%以上;机翼采用复合材料蒙皮和复合材料加强筋结构,其强度可满足设计要求;对异形零件进行面向增材制造的轻量化设计,与基于复合材料制造的设计相比,可减重20%,制造周期缩短50%以上;模型轻量化设计后可提高模型-支撑系统固有频率。
  • 图  1  模型整体结构

    Figure  1.  Model structure

    图  2  机翼结构

    Figure  2.  Wing structure

    图  3  前机身结构

    Figure  3.  Fuselage structure

    图  4  抽芯式发房模具

    Figure  4.  Draw-out mould of engine cabin

    图  5  增材制造滑轨结构

    Figure  5.  Slider rail structure built by additional manufacturing

    图  6  复材制造滑轨结构

    Figure  6.  Composite slider railstructure

    图  7  中机身有限元分析

    Figure  7.  Finite element analysis of uselage

    图  8  机翼有限元分析

    Figure  8.  Finite element analysis of wing

    表  1  模型设计输入条件

    Table  1.   Design input of model

    Input Value
    Model scaling 1:7
    Model weight < 500kg
    Testing wind speed 70m/s
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    表  2  最大气动载荷

    Table  2.   Maximum aerodynamic load

    Aerodynamic
    load
    Y
    /N
    X
    /N
    Z
    /N
    Mx
    /(N·m)
    My
    /(N·m)
    Mz
    /(N·m)
    Y
    /N
    Value 9400 900 2740 2670 1540 2270 9400
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    表  3  T300碳纤维单向带和平纹织物材料属性

    Table  3.   Material property of unidirectional prepreg and fabric for T300 composite

    E1/GPa E2/GPa G/GPa ν
    Unidirectional prepreg 108 40 3.8 0.285
    Fabric 46 46 2.3 0.064
    注:E1,E2分别为0°、90°方向弹性模量;G为剪切模量;ν为泊松比。
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    表  4  金属模型与轻量化模型振动分析

    Table  4.   Vibration analysis for metal model and lightweight model

    金属
    模型
    轻量化
    模型
    振动
    形式
    固有频率
    增加百分比
    一阶固有频率/Hz 3.3 4.9 侧向摆动 48%
    二阶固有频率/Hz 5.2 8.4 侧向弯曲 61%
    三阶固有频率/Hz 5.8 8.6 法向摆动 48%
    四阶固有频率/Hz 10.1 13.4 法向弯曲 33%
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-18
  • 修回日期:  2018-01-31
  • 刊出日期:  2018-04-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日