模型一

設計思路：根據設計要求，機翼全長4m,翼弦長1m，前后兩根梁。于是利用abaqus軟件的殼單元建立了一個基本的機翼模型。

然后參考《實用飛機復合材料結構設計與制造》、《復合材料設計手冊》、《復合材料力學》等資料，初步設計機翼采用蒙皮夾心結構，上下表面分別鋪3層復合材料，考慮到機翼的工況采用[45/0/-45]鋪層方式，每層厚度為0.125mm，具體如圖2所示。中間夾心材料采用PMI泡沫，該材料具有突出的比強度和良好的耐蠕變性，可以很好的克服屈曲。夾心材料厚度初步擬定為5mm，進行計算模擬，如果屈曲明顯則可加厚。

 

    考慮到梁是主要的承力部件，采用[-45/0/45/90]s鋪層方式，每層厚度為0.125mm，具體如圖3所示。

利用abaqus模擬計算時將工況環境簡化，采用一端固定，在機翼下表面加載Y方向的升力，分布如圖5所示。

模型一的計算結果：

梁每層復合材料的應力云圖

梁的計算結果分析：

從計算結果中不難發現，機翼前緣的梁承受的力要比尾部的梁大很多，可以考慮適當加厚。對比各層復合材料的受力情況，0°的復合材料層受力明顯，可以適當增加0°的復合材料層數?？繖C身段的梁應力集中明顯，可以在該部位適當增加梁的厚度，也可考慮用工字梁強化該部位。

機翼每層復合材料的應力云圖:

    從表中可以得出，模型的強度在材料的許用強度范圍內，該設計符合強度要求。根據設計要求，機翼的最大變形量小于機翼展長的1%，即40mm。而該模型的最大變形為67.2mm>40mm，該設計不符合變形要求。改模型的雙翼總質量為13.8325 Kg。

模型二：

根據模型的計算結果對模型做以下修改：

1、將梁改為工字梁，相當于在翼緣處加厚，梁的上下面鋪層為[-45/0/45/90]s，每層厚度為0.125mm。

2、增加梁的厚度，采用[-45/0/45/0/90/0/45/0/-45]s的鋪層方式

修改后模型的計算結果：

 

計算結果：

梁第二層的應力如圖10分布，最大應力不到模型一的64%，而且其他層應力也大大減弱了。

機翼最外層復合材料的應力如圖11所示，最大應力只有模型一的65%，而且其他層應力也大大減弱了。

圖12為機翼的變形云圖，最大位移為43.89mm>40mm,雖然還沒有達到變形要求，但是相對于模型一67.2mm已經小很多了。改模型的雙翼總質量為17.9024 Kg。

 

模型三：

在模型一的基礎上考慮加5個橫向的肋板，結構如圖所示。肋板的鋪層和梁一樣，也是[-45/0/45/90]s的鋪層方式。

 

從表3中可以得出，模型的強度在材料的許用強度范圍內，該設計符合強度要求。根據設計要求，機翼的最大變形量小于機翼展長的1%，即40mm。而該模型的最大變形為30.06mm<40mm，該設計符合變形要求。單只機翼的總質量為7.67842Kg。

加工工藝的選擇：

根據之前的設計，機翼外皮采用蒙皮夾心結構，而梁和肋板是復合材料鋪層而成。目前考慮將梁和肋板一次成型，這樣有利于機翼的穩定性。機翼外皮用RTM方法單獨成型，分前后在前梁處將機翼外皮分成兩個部分加工成型，如圖16所示。最后采用膠接將梁、肋板和機翼外皮連接在一起。

    考慮到該成型方法的不足，蒙皮和梁、肋板之間容易產生脫膠和分層，在肋條和梁的端頭加防止剝離的緊固件。

機翼結構設計方案及強度計算.docx