DOI ：10．3969/j．issn．2095－509X．2018．02．019
邢
宇，余雄庆
（南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016）
摘要：未来客机有可能采用桁架支撑机翼布局型式。针对桁架支撑机翼质量计算问题，采用基于
结构有限元模型的优化方法对机翼结构尺寸进行设计，根据优化结果和经验方法估算整个桁架支撑机翼结构质量。优化设计结果表明，最大应变和发生屈曲处均位于桁架与主机翼连接处，主机翼的结构尺寸主要由应变约束决定，桁架的结构尺寸主要由屈曲约束决定。质量计算结果表明，桁架支撑机翼质量占全机质量的13．2%，与常规布局飞机机翼质量占全机质量的百分比相当。
关键词：客机；桁架支撑机翼；有限元分析；结构优化；质量
中图分类号：V221+
．3文献标识码：A 文章编号：2095－509X （2018）02－0083－04美国航空航天局（NASA ）为未来的客机设定
了这样一个目标：与现有客机相比，
2030 2035年服役运营的客机其油耗要降低70%。为了实现这
个目标，许多机构提出了各自未来的客机方案，其中一个引人注目的方案是波音公司提出的桁架支
撑机翼（truss －braced wing ，
TBW ）［1－2］布局客机。这种布局型式是在传统的客机机翼下方设置一个
桁架，其特点是机翼具有大的展弦比、较小的后掠角、较薄的机翼厚度。大展弦比可显著减小诱导阻力；较小的后掠角易于实现层流机翼的设计，从而减少空气摩擦阻力；较薄的机翼厚度可进一步降低激波阻力。
这种客机布局型式引起了学术界和工业界的
广泛重视。美国弗吉尼亚理工学院［3］海音寺潮五郎
ttp
对这种布局的设计参数进行了研究；法国航空航天研究院对这追寻感动
种布局进行了气动和结构方面的分析［4］
；德国宇航中心对桁架支撑机翼布局的气动、载荷、结构、气
弹之间的关系进行了研究［5］
；中国商飞在考虑强度和气弹约束情况下，对桁架支撑机翼进行了结构
优化［6］
。
虽然这种布局型式在气动方面具有明显优势，但机翼结构质量仍然存在不确定性。与常规机翼相比，TBW 布局的机翼质量是否增加还不清楚。为此，本文通过结构优化的方法来评估其质量。
1研究对象
桁架支撑机翼布局客机概念飞机（765－
095－TS1）是波音领导的“亚声速超绿飞机研究”项目的最终方案
［1－2］
，能够满足NASA 对下一
代民航客机油耗的要求，可在小型机场起降。该概念飞机在NASA 兰利研究中心的跨声速动力学风
洞（TDT ）中进行了试验［7］
，
根据实验结果，NASA 和波音公司都认为该概念飞机的设计方案能够应
用在下一代民航客机的设计上。本文以该概念飞机为研究对象，研究其机翼的质量特性。
概念飞机的机翼由主机翼和桁架部件（斜撑和支撑）组成，如图1所示，相应外形尺寸见表1。为防止斜撑和支撑屈曲导致质量增加，斜撑和支撑采用对称翼型NACA 0010，飞行中几乎不产生升力。斜撑与主机翼在58．7%展长处连接，支撑与主机翼在36．2%展长处连接，用于给主机翼卸载。主机翼采用相对厚度为11%的超临界翼型
西安税企通。图1桁架支撑机翼布局客机方案的外形
统一身份认证服务收稿日期：2017－12－26
阿留申岛
作者简介：邢宇（1988—），男，黑龙江哈尔滨人，南京航空航天大学博士研究生，主要研究方向为飞行器总体设计与多学科设计优化。
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38·2018年2月机械设计与制造工程
Feb．2018第47卷第2期Machine Design and Manufacturing Engineering Vol．47No．2
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