飛機(jī)雷達(dá)罩
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-05-27
飛機(jī)雷達(dá)罩的視頻教程
FEKO全面的仿真技術(shù)及其在雷達(dá)罩設(shè)計(jì)和仿真領(lǐng)域的應(yīng)用
FEKO全面的仿真技術(shù)及其在雷達(dá)罩設(shè)計(jì)和仿真領(lǐng)域的應(yīng)用. 本視頻整理自Altair-China視頻課程，為免費(fèi)視頻。 整理出來(lái)旨在純粹分享hyperworks知識(shí)給廣大同行，完全不為個(gè)人利益。 若有侵犯相關(guān)合法權(quán)益請(qǐng)告知，即刻根據(jù)規(guī)范刪除。
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飛機(jī)雷達(dá)罩的實(shí)例教程
某型飛機(jī)復(fù)合材料整流罩優(yōu)化設(shè)計(jì)
1引言
現(xiàn)在航空航天工業(yè)中，減輕設(shè)計(jì)重量和縮短設(shè)計(jì)周期是2個(gè)突出的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)優(yōu)化被證明在這2個(gè)方面是非常有效的工具。HyperWorks中的OptiStruct在結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域受到了眾多航空企業(yè)的認(rèn)可并大量應(yīng)用。
針對(duì)金屬結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩步法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。第一步，通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化方法得到概念設(shè)計(jì)；第二步，用參數(shù)優(yōu)化和形狀優(yōu)化方法對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。復(fù)合材料給設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多可變因素，所以?xún)?yōu)化也更為復(fù)雜。針對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板，主要應(yīng)用復(fù)合材料三步法優(yōu)化方法。第一步，運(yùn)用自由尺寸優(yōu)化，考慮到鋪層方向，給出材料的總體分布，得到每個(gè)角度鋪層的厚度分布；第二步，考慮到所有的制造加工約束和工況載荷，對(duì)每個(gè)角度鋪層進(jìn)行尺寸優(yōu)化，得到每個(gè)角度鋪層的精確厚度分布和沒(méi)有角度的鋪層數(shù)量；第三步，進(jìn)行鋪層順序優(yōu)化，得到滿(mǎn)足制造工藝要求的鋪層順序。這種方法已經(jīng)在OptiStruct中實(shí)現(xiàn)并為眾多航空企業(yè)所應(yīng)用。
本案例基于OptiStruct軟件通過(guò)復(fù)合材料三步優(yōu)化方法對(duì)某型飛機(jī)復(fù)合材料整流罩進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了減重目標(biāo)。
2模型簡(jiǎn)介
整流罩模型如圖 1所示，長(zhǎng)度為3000mm，寬度為2000mm。模型材料屬性為碳纖維復(fù)合材料，初始鋪層為[0/45/-45/90]，單層厚度為2mm，單層板材料屬性如表 1所示。載荷工況包括2個(gè)：一個(gè)是0.02MPa內(nèi)部均布?jí)毫d荷工況；另一個(gè)是+Z向6.75g過(guò)載工況。模型中有2個(gè)負(fù)載，分別為2kg和3kg，通過(guò)RBE3單元施加到整流罩上，另外對(duì)模型四邊施加固定約束，如圖 2所示。整流罩的設(shè)計(jì)中需要考慮兩者關(guān)鍵指標(biāo)：一是一階固有頻率不小于20Hz，二是結(jié)構(gòu)最大應(yīng)變小于1000微應(yīng)變。
展開(kāi) 民用飛機(jī)機(jī)頭前端尖尖的部位，
飛友們形象地喊它飛機(jī)的「鼻子」，
其實(shí)它的學(xué)名是飛機(jī)「雷達(dá)罩」。
（圖源：Instagram @airbus）
「鼻子」擁有防雷擊系統(tǒng)，
和防靜電及雨蝕系統(tǒng)。
那么如此重要的雷達(dá)罩是怎樣制成的呢？
雷達(dá)罩采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，
前段部分使用柔性蜂窩材料，
與機(jī)身連接區(qū)域采用層合板結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度相對(duì)較大。
里外蒙皮通常采用E玻璃或環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料，
平時(shí)更換雷達(dá)罩時(shí)
只需要四個(gè)人就能進(jìn)行拆換作業(yè)，
兩個(gè)人就可以抬起雷達(dá)罩進(jìn)行局部檢查。
為了防止雷電對(duì)雷達(dá)罩的損壞，
在雷達(dá)罩上對(duì)稱(chēng)地安裝8根實(shí)心式防雷擊條，
從而使防雷擊條與防靜電涂層，
結(jié)合雷達(dá)罩與機(jī)身連接的搭鐵線(xiàn)，
形成完整的防靜電體系，
這些防雷擊條也是平時(shí)維護(hù)飛機(jī)時(shí)的重要檢查項(xiàng)目。
雷達(dá)罩如此強(qiáng)大的功能，
只為在不影響探測(cè)性能的前提下，
保護(hù)罩內(nèi)的雷達(dá)系統(tǒng)，
并維持整機(jī)的氣動(dòng)外形。
（圖源：Instagram @airbus）
「鼻子」里的是雷達(dá)天線(xiàn)，
是可以發(fā)射和接收雷達(dá)波的重要器件。
它的主要功能包括，
探測(cè)飛機(jī)前方天氣、
向飛行員進(jìn)行近地警示、
提供理想的下降路徑等等。
具體而言，
氣象雷達(dá)可以通過(guò)，
測(cè)量空氣中小液滴的大小，
來(lái)探測(cè)前方天氣惡劣與否。
飛行員以此來(lái)規(guī)避亂流與降水，
讓旅客擁有平穩(wěn)舒適的飛行體驗(yàn)。
（圖源：Instagram @airbus）
近地警告系統(tǒng)在飛機(jī)
過(guò)于接近地面，
或過(guò)于靠近某個(gè)物體時(shí)，
向飛行員及時(shí)示警。
展開(kāi) RTM技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代的“MARCO”方法，最初是為成型飛機(jī)雷達(dá)罩發(fā)展起來(lái)的。RTM雖然成本較低，但其技術(shù)要求較高，特別是對(duì)原材料及模具的要求較高，大規(guī)模推廣有一定的困難，因而發(fā)展緩慢。到了20世紀(jì)80年代，由于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求的各項(xiàng)法規(guī)日趨嚴(yán)格；同時(shí)，隨著原材料、工藝的發(fā)展和成型技術(shù)的不斷進(jìn)步，加上RTM工藝自身諸多的優(yōu)點(diǎn)，例如，模制件公差小、有很高的表面質(zhì)量、比SMC（Sheet Molding Compound），片狀模塑料模塑壓力小、生產(chǎn)加工組織方式多種多樣、投資少、生產(chǎn)效率較高等特點(diǎn)而受到各國(guó)的重視。80年代末，隨著世界政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化，RTM被認(rèn)為是解決先進(jìn)復(fù)合材料高成本問(wèn)題的重要技術(shù)之一。日本將RTM 和拉擠兩項(xiàng)工藝推薦為最有發(fā)展前途的工藝。美國(guó)NASA將RTM技術(shù)列入其先進(jìn)復(fù)合材料計(jì)劃（ACT計(jì)劃），并組織開(kāi)展了大量的研究工作，同時(shí)民用復(fù)合材料界在生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期和環(huán)保新要求的壓力下出現(xiàn)了RTM 研究和應(yīng)用的熱潮。
1985年前后，以縮短成型周期、提高表面質(zhì)量平順性和提高質(zhì)量穩(wěn)定性 1985年前后，以縮短成型周期、提高表面質(zhì)量平順性和提高質(zhì)量穩(wěn)定性為目標(biāo)的第二代RTM開(kāi)始得到應(yīng)用。以更高效率為特點(diǎn)的第三代RTM 成型工藝在20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始得到應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)RTM工藝起步于20世紀(jì)80年代末期，受當(dāng)時(shí)國(guó)際RTM技術(shù)高速發(fā)展的影響，RTM注射設(shè)備和工藝方法一度形成“熱點(diǎn)”。但是由于受當(dāng)時(shí)原材料配套系統(tǒng)不完善和基礎(chǔ)工藝?yán)碚撗芯壳啡钡挠绊懀茨苄纬梢?guī)模化生產(chǎn)，大部分設(shè)備都處于閑置狀態(tài)。20世紀(jì)90年代以后，國(guó)內(nèi)一些單位（如天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所）積極研究和推廣RTM工藝技術(shù)，從原材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與制造、表面技術(shù)和基礎(chǔ)理論以及工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)等方面，開(kāi)展了系統(tǒng)的研究工作。
展開(kāi) RTM技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代的“MARCO”方法，最初是為成型飛機(jī)雷達(dá)罩發(fā)展起來(lái)的。RTM雖然成本較低，但其技術(shù)要求較高，特別是對(duì)原材料及模具的要求較高，大規(guī)模推廣有一定的困難，因而發(fā)展緩慢。到了20世紀(jì)80年代，由于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求的各項(xiàng)法規(guī)日趨嚴(yán)格；同時(shí)，隨著原材料、工藝的發(fā)展和成型技術(shù)的不斷進(jìn)步，加上RTM工藝自身諸多的優(yōu)點(diǎn)，例如，模制件公差小、有很高的表面質(zhì)量、比SMC（Sheet Molding Compound），片狀模塑料模塑壓力小、生產(chǎn)加工組織方式多種多樣、投資少、生產(chǎn)效率較高等特點(diǎn)而受到各國(guó)的重視。80年代末，隨著世界政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化，RTM被認(rèn)為是解決先進(jìn)復(fù)合材料高成本問(wèn)題的重要技術(shù)之一。日本將RTM 和拉擠兩項(xiàng)工藝推薦為最有發(fā)展前途的工藝。美國(guó)NASA將RTM技術(shù)列入其先進(jìn)復(fù)合材料計(jì)劃（ACT計(jì)劃），并組織開(kāi)展了大量的研究工作，同時(shí)民用復(fù)合材料界在生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期和環(huán)保新要求的壓力下出現(xiàn)了RTM 研究和應(yīng)用的熱潮。
1985年前后，以縮短成型周期、提高表面質(zhì)量平順性和提高質(zhì)量穩(wěn)定性 1985年前后，以縮短成型周期、提高表面質(zhì)量平順性和提高質(zhì)量穩(wěn)定性為目標(biāo)的第二代RTM開(kāi)始得到應(yīng)用。以更高效率為特點(diǎn)的第三代RTM 成型工藝在20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始得到應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)RTM工藝起步于20世紀(jì)80年代末期，受當(dāng)時(shí)國(guó)際RTM技術(shù)高速發(fā)展的影響，RTM注射設(shè)備和工藝方法一度形成“熱點(diǎn)”。但是由于受當(dāng)時(shí)原材料配套系統(tǒng)不完善和基礎(chǔ)工藝?yán)碚撗芯壳啡钡挠绊懀茨苄纬梢?guī)模化生產(chǎn)，大部分設(shè)備都處于閑置狀態(tài)。20世紀(jì)90年代以后，國(guó)內(nèi)一些單位（如天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所）積極研究和推廣RTM工藝技術(shù)，從原材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與制造、表面技術(shù)和基礎(chǔ)理論以及工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)等方面，開(kāi)展了系統(tǒng)的研究工作。
展開(kāi) 2
國(guó)外研究現(xiàn)狀
自上世紀(jì)70年代起，國(guó)外開(kāi)始飛機(jī)雷電防護(hù)的研究工作，經(jīng)過(guò)幾十年的積累，取得了豐富的成果。目前的有人飛機(jī)，尤其是民航客機(jī)，在正式交付前，需要對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)、雷達(dá)罩、燃油箱、航電設(shè)備等進(jìn)行嚴(yán)格的雷電試驗(yàn)，保證飛機(jī)在雷電環(huán)境下的飛行安全。隨著無(wú)人機(jī)的大量應(yīng)用，國(guó)外也越來(lái)越重視無(wú)人機(jī)的雷電防護(hù)工作，尤其是軍事領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)的雷電設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必不可少的一項(xiàng)工作。
俄羅斯喀山國(guó)立科技大學(xué)的R.R. Gaynutdinov，S.F. Chermoshentsev等，使用仿真方法，系統(tǒng)研究了雷電對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的影響，仿真模型如圖1所示，飛機(jī)蒙皮參數(shù)設(shè)置為碳纖維復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，該模型可以較好的模擬雷電對(duì)無(wú)人機(jī)產(chǎn)生的影響，當(dāng)雷擊點(diǎn)為機(jī)頭時(shí)，在無(wú)人機(jī)內(nèi)部，電場(chǎng)強(qiáng)度最高可達(dá)7.7MV/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度最高可達(dá)-24.4kA/m；此外，該團(tuán)隊(duì)還研究了雷電對(duì)無(wú)人機(jī)內(nèi)部設(shè)備、線(xiàn)纜等產(chǎn)生的影響，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)飛機(jī)在雷電環(huán)境中的安全性進(jìn)行了評(píng)估。
圖1 某型無(wú)人機(jī)雷電仿真整機(jī)和部件模型
印度薩繆拉·達(dá)斯古特航空發(fā)展機(jī)構(gòu)的Hema K S, Samudra Dasgupta等，研究了用于無(wú)人機(jī)的夾層復(fù)合材料遭受雷擊后的損傷情況。
展開(kāi) 
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某型飛機(jī)復(fù)合材料整流罩優(yōu)化設(shè)計(jì)
1引言
現(xiàn)在航空航天工業(yè)中，減輕設(shè)計(jì)重量和縮短設(shè)計(jì)周期是2個(gè)突出的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)優(yōu)化被證明在這2個(gè)方面是非常有效的工具。HyperWorks中的OptiStruct在結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域受到了眾多航空企業(yè)的認(rèn)可并大量應(yīng)用。
針對(duì)金屬結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩步法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。第一步，通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化方法得到概念設(shè)計(jì)；第二步，用參數(shù)優(yōu)化和形狀優(yōu)化方法對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。復(fù)合材料給設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多可變因素
民用飛機(jī)機(jī)頭前端尖尖的部位，
飛友們形象地喊它飛機(jī)的「鼻子」，
其實(shí)它的學(xué)名是飛機(jī)「雷達(dá)罩」。
（圖源：Instagram @airbus）
「鼻子」擁有防雷擊系統(tǒng)，
和防靜電及雨蝕系統(tǒng)。
那么如此重要的雷達(dá)罩是怎樣制成的呢？
雷達(dá)罩采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，
前段部分使用柔性蜂窩材料，
與機(jī)身連接區(qū)域采用層合板結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度相對(duì)較大。
RTM技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代的“MARCO”方法，最初是為成型飛機(jī)雷達(dá)罩發(fā)展起來(lái)的。RTM雖然成本較低，但其技術(shù)要求較高，特別是對(duì)原材料及模具的要求較高，大規(guī)模推廣有一定的困難，因而發(fā)展緩慢。
目前的有人飛機(jī)，尤其是民航客機(jī)，在正式交付前，需要對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)、雷達(dá)罩、燃油箱、航電設(shè)備等進(jìn)行嚴(yán)格的雷電試驗(yàn)，保證飛機(jī)在雷電環(huán)境下的飛行安全。隨著無(wú)人機(jī)的大量應(yīng)用，國(guó)外也越來(lái)越重視無(wú)人機(jī)的雷電防護(hù)工作，尤其是軍事領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)的雷電設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必不可少的一項(xiàng)工作。
俄羅斯喀山國(guó)立科技大學(xué)的R.R. Gaynutdinov，S.F.
RTM技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代的“MARCO”方法，最初是為成型飛機(jī)雷達(dá)罩發(fā)展起來(lái)的。RTM雖然成本較低，但其技術(shù)要求較高，特別是對(duì)原材料及模具的要求較高，大規(guī)模推廣有一定的困難，因而發(fā)展緩慢。
