飛機機翼的案例
基于ANSYS的飛機機翼仿真分析模板庫建立
摘 要：飛機機翼的力學性能對整個飛機的飛行影響非常重要。隨著計算力學的發展，飛機機翼的有限元性能分析朝著集成化、結果一致性的方向發展。本文通過ANSYS的ACT平臺，建立了基于ANSYS Workbench的飛機機翼仿真分析模板庫，可以實現機翼參數化建模、強度分析和模態分析。通過調用該模板庫，可以提升仿真分析的效率，同時可以確保分析結果的一致性。
關鍵詞：飛機機翼模板庫;ANSYS Workbench;ACT平臺;仿真分析;
一、引言
飛機機翼作為關鍵結構，對飛機的飛行性能影響至關重要。采用有限元分析對機翼進行正向設計或者設計優化已成為當前機翼設計的通用做法。機翼的優化迭代需要重復地繪制機翼幾何模型，降低了設計效率。而參數化的機翼模型可以快速進行建模，減少工作量，提高效率，縮短了設計周期，并且方便修改[1]。基于參數化模型的基礎，整合強度分析、模態分析性能評估，形成機翼仿真分析模板庫，提升效率的同時，可以確保仿真分析的一致性。
二、機翼仿真分析模板庫的建立過程及案例展示
2.1機翼仿真分析模板庫構建
ACT平臺的全稱是ANSYS Customization Tools，是ANSYS Workbench應用環境的客戶化定制開發工具，主要解決用戶在工程仿真應用中遇到的功能自定義和程序擴展的問題。借助ACT，用戶可以在ANSYS已有功能的基礎上，定制開發適合自身專業特點與特殊業務需求的新功能。使用ACT平臺，可在Workbench Project標簽中定制仿真工作流，將仿真工作流集成，過程和腳本組合進ANSYS生態系統。
整個機翼仿真分析模板庫在ANSYS ACT平臺進行實現，建立過程包括搭建用戶輸入界面、機翼參數化建模、分析計算等。
展開 飛機機翼的工作原理：應用航空學
本文將介紹飛機機翼的工作原理——在基礎層面上，解釋飛行原理時并不涉及復雜的數學計算；而要進一步了解更復雜的行為，則需要借助 CFD 仿真來計算和可視化復雜系統中的流體流動。
01
飛機機翼的工作原理
所有飛機機翼運行起來依靠的都是一些簡單的原理，涉及流體在頂部和底部表面的流動。在飛行過程中，飛機機翼上的氣流將產生四個主要空氣動力中的兩個。首先，我們需要通過一張簡單的自由體示意圖來介紹作用在機翼上的力。在下圖中，有兩個主要的空氣動力作用在機翼上。升力和阻力與迎角（機翼的方向）、機翼的形狀以及空氣在機翼上的流速直接相關。
機翼形狀、升力和阻力。
在飛行過程中，共有四種主要的空氣動力作用在飛機上。分別是：
1
升力
升力是由流過機翼的流體產生的，它抵消了重力，由經過機翼下方的氣流產生。
2
阻力
當流體沿著飛機的機身流動時，由于沿機翼表面摩擦，流體產生了阻力。此外還有壓差阻力，它阻礙飛機向前運動。
展開 有關飛機機翼的所有問題
飛機外觀最凸顯的部分就是機翼，經常坐飛機的朋友一定會注意到飛機的機翼上有很多特別的設計，雖然每次都能看到，但是不一定了解這些部分的作用和名稱。這篇文章就是要給大家解答疑問，在下次乘坐飛機的時候，可以對看到的部件有一定的認知，順便可以跟旁邊的妹子吹噓一下~（注：以下僅對民航客機機翼結構作用和設計原理進行簡單科普）
為什么機翼不是薄薄的一片？
我們都玩過紙飛機，紙飛機就是薄薄的一片機翼，那么為什么民航客機的機翼不是薄薄的一片呢？首先，紙飛機的機翼不能夠產生升力，只是保證紙飛機自身向前滑翔而已，跟滑翔傘是一樣的。其次，飛機的機翼需要為飛機提供升力、控制水平翻轉、儲油和懸掛發動機等復雜功能。戰斗機的機翼非常薄，但也不是薄薄的一片，只是相對客機來說很薄，這是因為戰斗機飛行的速度會幾倍于音速，所以所涵蓋的設計原理與民航客機不太一樣，這里我們不討論了。民航客機的飛行速度是亞音速，也就是接近于音速，因此我們可以看到飛機的機翼都是我們見到的這種形狀：
我們日常常見的民航客機，包括一些常見的商務型客機的飛機機翼幾乎都是這兩種形狀設計。飛機的機翼為什么要設計成這種形狀和厚度呢？主要目的就是為了讓機翼在空中飛行的時候，將氣流切割成上下兩個部分，并且讓兩個部分產生差異。接著我們用一張圖來給大家簡單的演示一下機翼是如何產生升力的：
▲升力原理圖
這個原理主要利用的就是壓力差，并不是原力或者龜派氣功。機翼上下表面形狀是不對稱的，空氣沿機翼上表面運動的距離更長，自然流速更快，根據伯努利定理，速度越快，氣壓越小，上下表面的壓力差就提供了升力。
展開 飛機機翼那么薄，為什么能承受幾十噸重量！里面是什么結構？
飛機機翼是如何承受大重量的？
在給定機翼自身重量的前提下，能夠安全地承受使用載荷(設計中會放大為設計載荷)，靠的是結構材料的正確選擇、結構部件的合理布置以及結構尺寸的精心設計分析與優化。
①機翼材料的選擇
機翼的蒙皮傾向采用復合材料，承重結構依然采用金屬材料。碳纖維復合材料的特性是重量輕承重大，非常適合用在飛機機翼上。
②機翼結構部件合理布置及尺寸優化
飛機機翼之所以能夠承載大部分的重量，主要承重結構就是機翼翼盒，它由非常輕便結實的碳纖維材料構成，內部由成百上千根骨架組成。
所以我們別看飛機的機翼那么薄，其實內部結構和承重是非常厲害的。
在設計初始，設計人員就會將機翼的重量和整個飛機將會承載的最大重量加入設計和計算中，根據整個最大重量來進行整個機翼的設計和優化。
任何一架新型飛機在投入市場之前，都會進行無數次的測試。
飛機機翼上下擺動
在這里小科也告訴大家一個小知識，大部分民航飛機的油箱都位于機翼的位置，很多人可能會好奇，飛機那么龐大、空間那么多，為什么非要把油箱裝在機翼上呢？
其實飛機看起來非常龐大，但是大部分空間都是預留給乘客和機載設備的，真正留給油箱的空間很少，但是機翼部分卻成為了裝油的好地方，因為機翼承重能力足、空間大，并且在機翼處裝油還有助于飛機飛行時的平穩。
總的來說，飛機機翼的優異性能，主要取決于本身先進的材料，再加上獨特的機翼設計，和有針對結構設計做出的優化，保證了飛機在飛行過程中的安全穩定。
本文來自：電力講壇
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【泛科普】飛機機翼那么薄，為什么能承受那么高的重量？
其實，飛機看起來非常龐大，但是大部分空間都是預留給乘客和機載設備的，真正留給油箱的空間很少，但是機翼部分卻成為了裝油的好地方，因為機翼承重能力足、空間大，并且在機翼處裝油還有助于飛機飛行時的平穩。
總的來說，飛機機翼的優異性能，主要取決于本身先進的材料，再加上獨特的機翼設計，和有針對結構設計做出的優化，保證了飛機在飛行過程中的安全穩定。
來源于： 制造業強國
【妙趣力學|張華】從蜻蜓翅痣談飛機機翼顫振及其抑制
【妙趣力學|張華】從蜻蜓翅痣談飛機機翼顫振及其抑制
風流知音【妙趣力學】從蜻蜓翅痣談飛機機翼顫振及其抑制 張華 CFDST(2019)1014
從蜻蜓翅痣談飛機機翼顫振及其抑制
張華
北京航空航天大學航空科學與工程學院
（注：該文發表于2019年2月2日作者的個人“美篇”）
張華教授
作者簡介
張華，北京航空航天大學航空科學與工程學院教授，北京市高校教學名師，北京市優秀教師，中國力學學會全國優秀力學教師，北航國家級精品課《空氣動力學》優秀主講教師，北航“我愛我師-十佳教師”，北京力學學會科普委員會副主任，《力學與實踐》雜志編委，主要研究方向：旋渦與分離流動，流動控制，激波邊界層干擾，風工程，風洞水洞設計。
摘要：從蜻蜓翅痣對其飛行穩定性影響出發，介紹了機翼顫振的概念、機理及其抑制方法。
關鍵詞：蜻蜓，翅痣，機翼，顫振
1. 蜻蜓翅痣對平穩飛行的重要性
在蜻蜓長長的翅膀端部前緣都能發現一小塊加厚的角質層，這一小塊角質層稱為翅痣，參見圖1所示。翅痣對于蜻蜓的平穩飛行有著非常重要的作用，如果將蜻蜓翅痣人為破壞或去除掉，則蜻蜓將失去平穩飛行的能力，飛行會變得搖搖晃晃。
圖1. 各種蜻蜓的翅痣
實際上，不僅僅是蜻蜓具有翅痣，在許多具有相對較長翅膀昆蟲的翅膀前端（前緣）都能夠發現翅痣，參見圖2所示。翅痣對于這些昆蟲的平穩飛行而言同樣具有關鍵而重要的作用。如果沒有翅痣，這些昆蟲在飛行中可能會出現一種破壞性的不利振動——顫振。
圖2. 一些長翅昆蟲的翅痣
2. 機翼變形與顫振的基本概念
顫振也正是飛機飛行所面臨且需要解決的重要問題。顫振是當飛機在氣流中運動并加速到某一臨界速度值時，在結構的彈性力、慣性力和氣動力等耦合作用下出現的一種振幅不衰減的自激振動，顫振對飛機的飛行安全構成極大威脅，飛機飛行必須避免顫振的發生。圖3是機翼顫振風洞實驗與飛行試驗錄像片段[1]。
展開 基于曲面的飛機機翼結構參數化設計
<FONT color=#000000 size=4>以某型無人機機翼結構設計為例,介紹在計算機輔助三維交互應用(Computer Aided Three-dimensional Interactive Application,catia)軟件三維設計環境下,基于機翼理論外形曲面的機翼結構參數化設計方法。通過完整數據鏈的全相關結構設計,實現設計更改過程的全模型自動更新,設計周期縮短,成本降低。</FONT><FONT color=#6f6f6f> </FONT><BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-09-25 23:21:21被火沙評為3星級，為發貼者加分60。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
基于曲面的飛機機翼結構參數化設計.rar
展開 Abaqus在飛機機翼仿真分析中的應用
機翼大致由蒙皮、翼肋、翼梁和墻、長珩等組成。機翼主體受到氣動載荷、慣性載荷以及各連接點傳來的集中載荷等類型的載荷。
可以運用Abaqus的梁單元、桿單元、殼單元、三維實體單元對機翼進行靜力分析、動力響應分析（模態、顫振、抖振等）、失穩分析、損傷容限分析、結構優化設計。
對機翼和機身的連接部件、機翼的固定件還可以運用Abaqus的非線性功能進行塑性和接觸等非線性分析。
縫翼滑軌模型裝配件分析
飛機的前緣縫翼是民用客機、大型飛機常用的增升活動面，是通過滑軌在滑輪組架中的運動來改變機翼的翼型，以達到增加升力的目的。滑軌在滑輪組架中的運動就是一個典型的接觸問題。
滑輪組架內在每根滑軌的安裝位置沿滑軌法向和側向各布置了兩組滾輪。當縫翼翼面上的載荷傳到滑軌上時，滑軌受力變形，其上下表面就會有滾輪與滑軌表面發生接觸，從而限制滑軌的法向運動；其左右兩側也會有滾輪與滑軌腹板表面發生接觸，從而限制滑軌的側向運動。
在結構受載過程中，究竟是哪一個或哪些滾輪與滑軌發生接觸，從而為其邊界約束就是邊界非線性有限元分析所要考慮的主要問題。
Abaqus在飛機機翼仿真分析中的應用.pdf
展開 飛機機翼結構PATRAN有限元模型參數化建模 PCL程序 ￥300
<p>本PCL程序可實現飛機機翼結構有限元模型一分鐘快速建模，極大地節約建模時間。</p><p>可自定義參數包括：</p><p>根梢比、根弦長、 翼尖弦長、后掠角、展長、肋數、長桁數及位置角度、墻(梁)數及各位置角度、機翼翼型數據等。</p><p>可自動劃分網格，單元類型為1維桿單元、2維殼單元，并施加分布氣動載荷、設置材料屬性、邊界條件等，輸出結果為相應的db有限元模型。</p><p>相關路徑參數根據自己電腦安裝路徑進行設置即可運行。</p><p>建模演示視頻如下：</p><div contenteditable="false" width="100%"><jsk id="C_Playb0b080d16acc71f0bfff4531859c0102" videoid="b0b080d16acc71f0bfff4531859c0102" duration="0秒"><img src="https://img.jishulink.com/static/web/youku-case.png"></jsk></div><p><br></p><p><br></p><p><br></p>
展開 CFD學習：飛機地面空氣動力學簡介
要點
升力特性受到飛機機翼水平面下方氣流扭曲的影響，這解釋了地面空氣動力學。
地面空氣動力學通過減少誘導阻力來提高升阻比。
在無風條件下以及光滑、平整、堅硬的表面上，地面空氣動力學性能最大化。
地面空氣動力學幫助飛行員優雅著陸
我害怕乘飛機旅行，尤其是在飛機著陸期間。盡管飛機從天上滑翔下來，高度逐漸降低，但我還是感覺不舒服。讓我稍微松了口氣的是，飛行員不會讓飛機迅速從空中墜落，而是優雅地下降。地面空氣動力學有助于飛行員優雅著陸。
地面空氣動力學是指在靠近地面運行時對飛機機翼升力特性的積極影響。飛機水平表面下方地面的存在會導致 3D 流場發生變化，從而影響整體性能。
讓我們仔細看看地面空氣動力學及其對飛行的影響。
飛機的地面空氣動力學
當飛機飛近地面時，地面會對飛機機翼提供的升力特性產生積極影響。地面對飛機機翼產生的影響是地面空氣動力學的結果。升力特性受到飛機機翼水平表面下方氣流扭曲的影響，這解釋了地面空氣動力學。
地面空氣動力學并不限于地面或陸地。可以概括地說，當飛機飛得更接近地球表面時，地面空氣動力學就會發揮作用。地球表面可以是地面（陸地）或水。當飛機在地面附近（距邊界一個翼展距離的范圍內）運行時，地面空氣動力學更加明顯。
當地下空氣動力學生效時，在飛機的升力表面觀察到力性能增強。飛機上的地面效應改變了三維流場，并且可以看到相關的性能變化。地面空氣動力學在提高升阻比方面發揮著重要作用。
讓我們看一下地面空氣動力學如何影響作用在飛機上的 升力和阻力。
展開 【討論】NASA造了一架可折疊機翼的飛機，你怎么看？
見過機翼可折疊的飛機嗎？
折疊機翼如何實現？
NASA要造一架這樣的飛機，
靈感緣自老鷹捕食。
SAW概念圖 來源：NASA
據《每日郵報》消息，美國國家航空航天局（NASA）正在開發一種名為“展向自適應機翼（SAW）”的新型概念。
擁有炫酷機翼的飛機靈感居然來自于老鷹捕食。在自然界，老鷹捕獵時發現目標后發起高速俯沖，為保持平衡，它的翅膀會在整個俯沖階段都保持收攏。
NASA正式將這一原理應用到飛機設計中去，通過折疊機翼來減少飛行阻力、提高飛機的升力和偏航控制力。
在技術方面，該設計使用了機械接合的方法，通過一個連接機翼的鉸鏈來控制機翼形狀，最高可彎折75度，飛行員可通過調節鉸鏈找到飛行阻力最小和升力最大的最優位置。
你認為實現折疊機翼需要克服哪些技術難點？
還有哪些自然界的現象能運用在飛機的設計？
你理想中的飛機是什么樣子的？
你還知道哪些前沿的技術？
寫評論告訴我們吧~
評論中的亮點回復可獲得小禮品
CAE書籍任選、CAE聯盟紀念杯任選。
禮物發送時間：11月21日
展開 
基于Hypersizer的機翼結構布置優化設計探討
摘要：當前大型民用飛機機翼多采用雙梁多肋式結構布局形式，選擇合理的肋間距和長桁間距有利于傳遞載荷和減輕 重量。采用 Nastran 與 Hypersizer 進行機翼加筋壁板的布置優化分析，可以解決因長桁位置改變帶來的重新建立有限元模 型問題。本文章針對大型民用飛機復合材料機翼，以T型加筋壁板的靜強度和穩定性為優化約束，以壁板重量最低為優化目標， 利用 Nastran 與 Hypersizer 對機翼的長桁間距進行了優化，得到了最優的長桁間距范圍為 250mm-300mm，壁板主要的失效模 式是最大應變失效。
關鍵詞：復合材料機翼結構布置；布置優化；加筋壁板優化；Hypersizer
引言
機翼結構設計是飛機總體設計中的重要組成部分，當 前大型民用飛機機翼重量約占使用空機重量的 20%~30%。 對于民機而言，飛機結構減重對減小輪檔油耗、降低運營 成本、提升飛機市場競爭力具有重要意義。
當前大型民用飛機機翼多采用雙梁多肋式結構布局形 式，沿機翼展向布置前、后梁和長桁，翼梁之間布置多個 翼肋。機翼盒段長桁和翼肋的數量直接影響了壁板的承載 能力，選擇合理的機翼布置參數有利于傳遞載荷和減輕結 構重量。在飛機初步設計階段，機翼結構布置的主要設計 優化目標是確定最優的長桁間距和肋間距，使得翼盒的結 構重量最小。
本文針對大型民用飛機復合材料機翼，采用有限元前 處理器 Patran 建立了機翼盒段有限元模型，在 Nastran 求解器中進行計算，并利用復合材料優化設計與分析軟件 Hypersizer 對盒段長桁布置進行優化分析，得到最優的長 桁間距，并對壁板失效模式進行了分析。同時，傳播相關 科學知識。
展開 ANSYS workbench機翼預應力模態分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習飛機機翼三維模型的處理
2、學習預應力模態分析步的建立
3、學習預應力模態分析的邊界條件的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 飛機機翼預應力模態分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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samcef飛機機翼復合材料分析
在科技高速發展的今天，隨著新型復合材料被不斷的開發出來，復合材料在航天、航空、汽車、造船、建筑、電子、橋梁、機械、醫療和體育等各行業都得到了廣泛的應用。復合材料有著耐用性、重量輕、耐腐蝕、強度高、低維護等諸多優勢，更向著耐高溫、高伸長率、高韌性和多功能的高性能復合材料發展，同時，由于復合材料具有各向異性、耦合效應、層間剪切等特殊性質，因此復合材料結構的精確仿真，已成為國內外研究的重點和迫切需求。
Samcef Composites是復合材料結構分析的專業和全面解決方案，包含專門的復合材料前后處理、豐富的復合材料單元及失效準則、以及幾乎所有類型的復合材料分析能力。Samcef Composites軟件在復合材料非線性分析能力如后屈曲、分層破壞及裂紋擴展分析、計算結果的準確性以及高效處理大規模問題的能力方面均處于業界的頂尖地位，并在歐盟的多個項目中得到驗證。在復合材料有限元、多體動力學及與控制的耦合分析方面也具有獨特的優勢。Samcef Composites與集復合材料設計/分析和生產為一體的FIBERSIM無縫集成，可以幫助工程師們隨意的構造復合材料模型，進行仿真模擬，為有限元分析和生產提供相關的復合材料分析/制造參數及材料加工數據。Samcef Composites在歐洲航空航天業界有著非常廣泛的應用，空客已經采用Samcef Composites做復合材料結構分析有二十余年，基于CAESAM平臺和SAMCEF求解器打造的結構分析平臺ISAMI更是被空客全球及其供應商作為統一的結構分析平臺使用。此外EUROCOPTER、EADS、SAFRAN、DLR、LATECOERE、SONACA、ENSICA、ENS、GE、ALSTOM、CITROEN等眾多全球知名企業也都在采用SAMCEF Composites進行復合材料結構分析，Samcef Composites軟件在復合材料方面的專業性和實用性也得到了廣泛的認可
展開 Fidelity Pointwise：絎縫使網格更容易！
絎縫的應用
圖 1中定義飛機機翼幾何形狀的數百個表面僅使用少量面組來表示。這減少了在恢復工程意圖時必須管理的數據庫實體的數量。如果面組屬于同一實體模型，則生成的曲面網格將是防水的。
圖 1. 構成機翼（左）的 1400 個曲面僅使用 6 個面組（右）來表示，這些面組完全定義了飛機機翼模型的網格劃分區域。
另一種嚴重依賴絎縫的應用是通用傳統模型 (GCM) 半卡車和拖車，如圖2所示。通過將面組連接到代表物理幾何形狀的更大區域，面組的數量大大減少。拖車地板和屋頂附近的圓形被子以及拖車輪胎與相鄰的被子連接在一起。由于這些特征很小，刪除它們不會對解決方案產生重大影響。
圖 2. 由 621 個面組（左）組成的原始 GCM 半卡車和拖車幾何形狀減少到 113 個網格區域（右）。
文章來源：cadence CFD
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