飞机结构强度虚拟试验技术研究

飞行器制造中的数字化技术应用研究在当今科技飞速发展的时代，飞行器制造领域正经历着一场深刻的变革，数字化技术的广泛应用成为推动这一变革的关键力量。

从设计理念到生产流程，从质量控制到运营维护，数字化技术正全方位重塑着飞行器制造的面貌。

数字化技术在飞行器设计阶段发挥着至关重要的作用。

传统的设计方法往往依赖于大量的物理试验和经验公式，不仅周期长、成本高，而且难以实现复杂结构和性能的优化。

而基于计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）的数字化设计技术，使得设计师能够在虚拟环境中快速构建飞行器的三维模型，并进行各种性能分析和优化。

例如，通过流体动力学（CFD）模拟，可以精确预测飞行器在不同飞行条件下的空气动力学性能，从而优化机翼形状和机身结构，降低阻力、提高升力；通过结构力学分析，可以评估飞行器结构在各种载荷下的强度和稳定性，确保其安全性和可靠性。

此外，数字化设计还支持并行工程，使得设计、制造、测试等不同环节的人员能够实时协同工作，大大缩短了设计周期，提高了设计质量。

在制造工艺方面，数字化技术带来了前所未有的精度和效率提升。

数字化制造（DM）技术，如计算机数控（CNC）加工、激光切割、3D 打印等，使得飞行器零部件的制造能够实现高精度、复杂形状的加工。

CNC 加工中心可以根据预先编制的数控程序，精确地加工出各种复杂的零部件，确保其尺寸精度和表面质量达到设计要求。

3D 打印技术则为飞行器制造提供了全新的可能性，能够快速制造出具有复杂内部结构和轻量化设计的零部件，减少了零部件数量，降低了结构重量。

同时，数字化工艺规划和仿真技术可以在实际生产之前，对制造过程进行虚拟模拟和优化，避免了工艺设计的失误，减少了废品率和返工次数。

数字化技术在飞行器的质量控制中也扮演着不可或缺的角色。

质量是飞行器制造的生命线，任何微小的缺陷都可能导致严重的安全事故。

数字化检测技术，如三坐标测量（CMM）、无损检测（NDT）等，能够对飞行器零部件和整机进行高精度、快速的检测。

基于条形码技术的试验设备协同管理方法贾令涛;黄河;李丽【摘要】Based on the work flow of test equipments during the aircraft structural strength test and the barcode technology, a collaborative management solution using client and data collector is designed. The client manages the test information and equipment information collaborating with data server, and generates the selected test equipments table. The data collector identifies the test equipment by scanning the 1D barcode to select, modify, remove, debug, report, check and search information. The client and data collector synchronize the data offline to establish a smooth work flow of test equipments. By managing the hydraulic cylinders , the solution not only avoids the mistakes from manual operations, but also increases work productivity.%基于飞机结构强度试验中试验设备的使用流程，结合条形码技术，设计了一种客户端和数据采集器协同管理试验设备的方法。

一、CAE技术概述CAE (Computer Aided Engineering) 技术是指利用计算机软件和相关工程学原理对工程设计进行分析、优化和验证的技术。

其主要包括有限元分析、流体力学分析、热力学分析等内容。

CAE技术的应用可以有效地提高工程设计的效率和精度，减少试错成本，加快产品研发周期，提高产品质量。

在工程设计领域的应用非常广泛，涵盖了汽车、航空航天、电子、机械等多个行业。

二、CAE技术在汽车工程领域的应用汽车工程领域是CAE技术的一个重要应用领域。

在汽车设计过程中，CAE技术可以用于车身结构强度分析、碰撞仿真、疲劳分析、气动性能分析等多个方面。

通过CAE技术，工程师可以在计算机上进行虚拟仿真实验，快速评估设计方案的可行性，预测产品的性能，优化设计方案，减少试验成本和时间。

CAE技术在汽车工程领域的应用已经成为汽车制造商和汽车零部件供应商不可或缺的工具。

三、CAE技术在航空航天工程领域的应用在航空航天工程领域，CAE技术也发挥着重要作用。

航空航天产品的设计周期长、成本高，因此对产品的性能要求非常严苛。

通过CAE技术，工程师可以对飞机结构、发动机性能、航空器气动性能等进行精细的分析和优化。

CAE技术也可以在飞行器的设计验证和飞行仿真中发挥重要作用。

由于航空航天产品的研发往往需要大规模复杂的计算和仿真，因此对计算机软件和硬件性能有较高的要求。

四、CAE技术在电子产品设计领域的应用随着电子产品的不断更新换代，产品设计的竞争日益激烈。

CAE技术在电子产品设计领域应用广泛，例如电路仿真、热学分析、电磁兼容性分析等。

通过CAE技术，工程师可以在产品设计的早期阶段发现问题，避免在后期产生成本和时间上的浪费。

尤其对于高频高速电子产品，如通信设备、计算机芯片等，CAE技术的应用更加重要。

五、CAE技术发展趋势随着计算机硬件性能的不断提升和计算机仿真软件的不断完善，CAE 技术在工程领域的应用前景十分广阔。

虚拟制造及其关键技术虚拟制造是指利用计算机技术和虚拟现实技术开展产品设计、生产制造和工艺优化等工作的一种集成虚拟化技术。

它通过模拟和仿真技术，实现了从产品设计到生产制造的全过程数字化，将设计、工艺制造和产品质量等因素纳入统一的虚拟环境进行集成，是实现智能制造的重要手段。

虚拟制造的核心技术是虚拟现实技术，在实现产品设计、工艺规划、生产过程模拟等方面发挥了重要作用。

虚拟现实技术通过利用计算机图形学、机器视觉、模型重建等技术，将现实中的物体、场景以虚拟的方式呈现出来，使用户能够与虚拟环境进行交互，获得更加直观、真实的感觉。

虚拟制造的关键技术还包括工艺规划和模拟、数字化加工和装配等。

工艺规划和模拟技术利用计算机辅助设计、虚拟现实技术等手段，模拟和优化产品的生产工艺过程，减少资源消耗和生产时间，提高生产效率和产品质量。

数字化加工技术是指利用数控机床等设备进行数字化加工，将设计数据直接转换成制造过程中所需的指令，实现高效、精确的加工。

数字化装配技术则是利用虚拟现实技术对产品进行虚拟组装，检测产品在装配过程中的合理性和可行性，提高装配效率和产品质量。

虚拟制造的应用领域非常广泛，包括航空航天、汽车制造、机器制造、电子信息等各个行业。

在航空航天领域，虚拟制造可以帮助设计师和工程师们对飞机进行全面的仿真和模拟，包括外形设计、结构强度分析、机载设备布局等方面。

在汽车制造领域，虚拟制造可以对整个汽车生产过程进行优化和模拟，包括车身焊接、喷涂、总装等方面。

在机器制造领域，虚拟制造可以模拟和优化机械设备的加工过程，提高生产效率和产品质量。

在电子信息领域，虚拟制造可以模拟和测试电子产品的制造工艺和性能，提高研发和生产效率。

虚拟制造的发展离不开计算机技术和软件技术的支持。

计算机技术的不断进步为虚拟制造提供了强大的计算能力和存储能力，使得虚拟制造可以处理更加复杂的问题和大规模的数据。

软件技术的不断创新为虚拟制造提供了各种工具和平台，包括三维建模软件、仿真软件、虚拟装配软件等，使得虚拟制造可以更加快速、准确地进行产品设计和制造过程的模拟和优化。

航空器结构优化设计的案例分析在航空领域，航空器的结构设计是一项至关重要的工作。

优化航空器的结构不仅能够提高其性能和安全性，还能降低成本和能耗。

下面我们将通过几个具体的案例来深入探讨航空器结构优化设计的重要性和实现方法。

案例一：机翼结构的优化机翼是航空器产生升力的关键部件，其结构的优化对于提高飞行性能具有重要意义。

在某型客机的设计中，工程师们面临着减轻机翼重量同时保持足够强度和刚度的挑战。

最初的设计采用了传统的金属材料和结构布局，但经过分析发现，这种设计存在重量过大、空气阻力较高的问题。

为了解决这些问题，设计团队采用了先进的复合材料，并对机翼的内部结构进行了重新设计。

他们利用计算机模拟技术，对不同的复合材料铺设方案和结构形式进行了大量的仿真分析。

通过优化纤维的方向和层数，以及内部支撑结构的布局，成功地减轻了机翼的重量，同时提高了其强度和刚度。

此外，为了降低空气阻力，机翼的外形也进行了精细化的设计。

采用了更加流畅的曲线和翼梢小翼等装置，减少了气流的分离和阻力的产生。

经过这些优化措施，该型客机的燃油消耗降低了一定比例，飞行距离和载客量都得到了显著提升。

案例二：机身结构的轻量化设计机身是航空器的主体结构，承载着乘客、货物和各种设备。

在一款新型公务机的设计中，机身结构的轻量化成为了关键目标之一。

传统的机身结构通常采用铝合金材料，但为了进一步减轻重量，设计团队选择了钛合金和碳纤维复合材料的组合。

钛合金具有高强度和良好的耐腐蚀性，而碳纤维复合材料则具有轻质、高强度的特点。

在结构设计方面，采用了整体化的设计理念，减少了零部件的数量和连接点，从而降低了结构的复杂性和重量。

同时，通过优化机身的横截面形状和内部隔框的布局，提高了机身的抗弯和抗扭能力。

为了确保机身结构的安全性，设计团队进行了严格的强度和疲劳试验。

利用先进的测试设备和模拟技术，对机身在各种载荷条件下的响应进行了评估和验证。

经过多次改进和优化，最终实现了机身重量的大幅降低，同时满足了适航标准和安全性要求。

飞机机身装配工艺及仿真技术研究一、概述飞机机身装配工艺及仿真技术是航空制造领域的关键技术之一，对于提高飞机制造质量、缩短制造周期、降低制造成本具有重要意义。

随着航空工业的快速发展，飞机机身结构越来越复杂，装配精度要求也越来越高，传统的装配工艺已经难以满足现代飞机的制造需求。

研究飞机机身装配工艺及仿真技术，对于提升我国航空制造水平、增强国际竞争力具有重要的作用。

飞机机身装配工艺涉及多个学科领域，包括机械、材料、电子、控制等，是一个综合性的技术体系。

在装配过程中，需要考虑到各种因素，如零件的尺寸精度、装配顺序、装配路径、装配力等，以确保装配质量和效率。

随着计算机技术的不断发展，仿真技术在飞机机身装配过程中得到了广泛应用。

通过仿真技术，可以对装配过程进行虚拟模拟，预测装配过程中可能出现的问题，提前进行优化设计，减少实物试验次数，降低制造成本。

飞机机身装配工艺及仿真技术仍面临一些挑战。

飞机机身结构复杂，装配过程中需要考虑的因素众多，如何制定合理的装配工艺和仿真方案是一个难题。

随着新型材料和先进制造技术的不断涌现，如何将这些新技术应用于飞机机身装配过程中，提高装配质量和效率，也是当前研究的热点和难点。

本文旨在深入研究飞机机身装配工艺及仿真技术，探讨其发展现状和趋势，分析存在的问题和挑战，并提出相应的解决方案和优化措施。

通过本文的研究，可以为航空制造领域的发展提供有益的参考和借鉴。

1. 飞机机身装配的重要性飞机机身装配是飞机制造过程中的关键环节，其重要性不言而喻。

机身作为飞机的主体结构，承载着飞机的各种功能和性能要求，其装配质量直接关系到飞机的安全性、舒适性和经济性。

飞机机身装配工艺的研究与改进，对于提升飞机制造水平、保障飞行安全具有重要意义。

飞机机身装配的精度直接影响到飞机的整体性能。

机身各部件之间的连接必须精确无误，以确保飞机在空中能够稳定飞行。

任何微小的装配误差都可能导致飞机在飞行过程中出现不稳定现象，甚至引发安全事故。

浅谈数字化在民用飞机设计与制造中的应用数字化技术在民用飞机设计与制造中的应用，是当今航空工业发展的重要趋势。

随着信息技术和智能制造技术的不断进步，数字化在民用飞机设计与制造中的应用水平不断提高，已经逐渐成为民用飞机设计与制造的主要手段之一。

本文将从数字化技术在民用飞机设计与制造中的应用现状、主要技术手段以及未来发展趋势等方面进行浅谈。

随着信息技术、计算机技术和智能制造技术的不断发展，数字化技术在民用飞机设计与制造中的应用水平不断提高。

在飞机设计阶段，数字化技术可以帮助设计师进行空气动力学分析、结构强度分析、热力学分析等方面的计算与模拟，快速验证设计方案的合理性并进行优化。

在飞机制造阶段，数字化技术可以帮助制造商进行数字化工艺设计、数字化工艺仿真、数字化工艺规划等方面的工作，提高生产效率，降低生产成本。

在飞机维护阶段，数字化技术可以帮助维修人员进行数字化维修指导、远程诊断与辅助维修等工作，提高维修效率，提升飞机的可靠性和安全性。

二、数字化技术在民用飞机设计与制造中的主要技术手段数字化技术在民用飞机设计与制造中的应用，主要包括数字化设计、数字化制造、数字化维护等方面的技术手段。

在数字化设计方面，主要技术手段包括三维建模、计算流体动力学仿真、有限元分析等技术；在数字化制造方面，主要技术手段包括数字化工艺设计、数字化工艺规划、数字化工艺仿真等技术；在数字化维护方面，主要技术手段包括数字化维修手册、远程诊断与辅助维修等技术。

在数字化设计方面，三维建模技术可以帮助设计师快速建立三维数字模型，对飞机的外型设计、机身结构设计、飞行控制系统设计等方面进行全面的虚拟试验与优化设计。

计算流体动力学仿真技术可以帮助设计师进行飞机的气动性能分析，验证飞机的飞行性能和稳定性。

有限元分析技术可以帮助设计师进行飞机的结构强度分析，验证飞机的机身结构、机翼结构等部件的强度和刚度。

在数字化制造方面，数字化工艺设计技术可以帮助制造商进行数字化的工艺规划和工艺设计，快速建立数字化工艺流程，并进行数字化工艺仿真与优化。

仿真技术在飞机设计中的应用仿真技术在飞机设计中发挥着越来越重要的作用，文章阐述了国内外在飞机设计中广泛使用的结构强度计算，多体动力学仿真、多学科多目标结构优化、内外流场分析、非线性有限元分析、疲劳强度分析、电磁仿真分析，机电液联合仿真分析等，介绍了各种仿真技术的应用范围，为飞机的机械设计及研究提供参考。

标签：仿真技术；飞机；结构强度；机电液1 概述机械产品设计是一个近代完善的过程，尤其对于飞机等航空器是集各种先进科技成果于一体的产品，设计结果都需要进行反复多次的地面试验，才能验证设计结果能否符合要求。

在仿真技术获得大规模应用之前，大部分试验都是依靠产品样机进行的，不仅成本高昂，而且试验一旦失败，对后续设计将会产生极大影响，无形之中增加研制成本，研制周期也得不到保证，随着现代计算机仿真技术的发展，在飞机设计中，越来越多的使用虚拟仿真技术。

在概念设计阶段，仿真技术可以快速预测产品强度及性能，是试验无法取代的。

目前，使用较为广泛的有：结构强度计算，多体动力学仿真、多学科多目标结构优化、内外流场分析、非线性有限元分析、疲劳强度分析、电磁仿真分析，机电液联合仿真分析。

本文着重介绍各个仿真技术在飞机设计中的应用。

2 仿真技术2.1 结构强度分析飞机的设计中，满足结构强度要求是设计的首要要求，可以一票否决设计成果。

影响结构强度的主要因素有材料的种类和性质、截面积、形状等，数年来，新材料的发展还不成熟，因此在飞机设计中应用得不多。

设计人员往往通过改变结构的形状来提高设计产品的强度，在机械产品的最薄弱部位增加受力面，随着仿真软件的发展，这些已不是困扰设计员的主要问题，在飞机的零组件设计中，更为突出的强度问题是无法得到零组件所受真实荷载，有时候设计员甚至靠估算或放大载荷数来计算产品的强度，估计结果不利于产品的轻量化设计，目前是困扰设计员强度计算的主要问题，亟待要求更为准确的荷载计算方法。

2.2 多体动力学仿真飞机的零组件往往需要运动才能实现飞机的性能，利用多体运动力学仿真分析软件对各个机构进行运动仿真，得到运动时间、运动周期、运动速度、各个零组件的受力等的参数，用户可以用交互图形环境和零件库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学和理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。

无人机技术论文摘要本文以某型固定翼无人机为研究对象，主要研究了基于常规PID和智能PID的无人机飞行控制律的设计问题，首先，建立了无人机的六自由度数学模型，并运用小扰动线性化方法和系数冻结法分别建立了无人机纵向与横侧向系统的线性化方程:其次，介绍了一些常用的PID 控制器参数整定法和智能PID控制的基本思想，作为飞行控制律设计的理论基础:再次，分别采用常规PID和智能PID进行了纵向系统与横侧向系统控制的设计，并针对不同空域的一些典型的状态点进行了大量的仿真研究。

仿真结果表明，我们所设计的常规PID控多数情况下能满足要求，智能PID控制器则具备更强的鲁棒性，能适应不同空域中更多的状态点。

关键词:无人机，常规PID（自动控制），智能PID（自动控制），飞行控制律，无人机飞控系统的仿真研究ABSTRACTThe primary purpose of this the conventional PID control and intelligent PIDcontrol strategies to the design of the UA V’s(Unmanned Aerial Vehicle)fight control law.First of all，the UA V’5six一degrees一of-freedom(6一DOF)math linearized.Then some basis the ores and the physiques about conventional PID control andintelligent PID control are mentioned followed by a Profound research on the controlsemen of the log attitudinal land lateral control system of the UA V.conventional PID and intelligent PID control strategists competitively plied to the design of the flight controllaw of the UA V’5fourfundamentalflighteontrolmode，in eluding Pithing angle controlmode，altitude holding mode，roll in gangle control mode and yaw angle control mode. Finally，an amount of simulation 15 designed to validate effectiveness of the flight。

飞机起落架支柱部件强度分析杜楠楠　魏小辉　房务官　宋晓晨(南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016)摘要:起落架初步设计阶段,在各基本参数初步确定后,需对起落架各使用工况进行地面载荷的计算与强度的分析。

本文在考虑某型飞机起落架基本几何形状的前提下,首先通过解析法算得各工况扭力臂几何关系,并采用“工程经验公式”算法,引入若干工程经验系数,对起落架进行了着陆冲击载荷、起转回弹载荷、地面滑跑载荷和地面刹车载荷的分析及计算。

然后采用地面载荷的计算结果对起落架支柱进行了强度分析,分析表明该起落架支柱受力较为合理,在地面刹车载荷工况下所受应力最大。

关键词:起落架;地面载荷;扭力臂;工程经验公式;支柱引 言起落架是飞机实现起飞着陆这一功能的主要装置,即飞机在地面停放、滑行、起飞、着陆、滑跑时用于支撑飞机重力,承受相应载荷的装置[1]。

自起落架诞生的那一刻起,对其进行地面载荷分析,采用最轻的重量和最紧凑的结构,设计出最为安全的起落架便是起落架设计必不可少的一部分[2]。

而在起落架初步设计阶段,常采用“工程经验公式”方法计算其地面载荷并确定其受力特性,为起落架详细设计提供判定依据。

该方法具有一定的保守性,可根据飞机的实际使用情况或动力学分析和动力学试验的结果进行修正计算。

“工程经验公式”方法对于一个新型飞机的起落架设计是十分有效的[3]。

1　主起落架地面载荷计算1.1　起落架形式与参数 该起落架采用单轮支柱式设计形式,具体设计形式如图1所示。

图1　主起落架示意图坐标系定义为沿航向为x 轴,沿竖直方向向上为y 轴,右手定则确定z 轴方向。

其最大总载荷为66N ,最大停机载荷为6N,下沉速度为3m/s,起落架缓冲器最大行程为219.3mm,起落架使用行程为193.9mm,停机压缩量为135mm 。

扭力臂是起落架上传递扭矩的部件,分析其与起落架支柱的几何关系可算得起落架所受地面载荷传递至其余各部件载荷[4](图2)。