大型飞艇龙骨缩比模型设计方法研究

【摘要】：大型半硬式飞艇是目前低速临近空间飞行器的发展重点之一。为了降低结构质量并保证刚度和强度的要求,其龙骨广泛采用比刚度和比强度高的复合材料进行制造。对于大型复合材料龙骨结构的地面试验,通常利用缩比模型试验取代全尺寸模型试验。本文主要以线弹性复合材料刚架结构为对象,基于相似理论对其静力学响应和动力学特性的缩比模型设计方法进行研究,并将所得结论应用于某龙骨结构的缩比模型设计。主要研究内容如下:基于相似三定理,对相似理论与模型试验中常用的相关概念进行介绍,详细阐述了基于量纲分析法和方程分析法推导相似关系的过程,讨论了不完全相似的处理方法。根据薄壁梁理论,建立了闭口截面薄壁梁位移表达式,推导了层合复合材料薄壁圆管刚度方程的解析形式,并通过数值算例进行了验证。通过量纲分析法建立了线弹性各向同性材料刚架结构的相似关系,提出了结合有限元方法的方程分析法,并基于此建立了线弹性复合材料刚架结构的相似关系,分析了两种不可缩比因素,将两种方法建立的相似关系进行了对比分析。以某龙骨结构为原型对象,根据文中基于方程分析法推导的相似关系,设计了其1/5复合材料缩比模型,最后利用有限元软件MSC.Patran/Nastran对该模型进行了数值验证。总之,本文建立了线弹性复合材料刚架结构的缩比模型设计方法,所得结论成功应用于某龙骨结构的缩比模型设计,研究方法能够推广应用于其他大尺度刚架结构的缩比模型设计。
【关键词】：半硬式飞艇 龙骨结构 复合材料刚架 相似理论 缩比模型 量纲分析法 方程分析法
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V274