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中国科技信息2021年第9期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2021
◎航空航天
难，再加上大型飞机翼盒结构的细微结构不容易控制，而对最终结果的影响未知，计算量比较大，所以将大型飞机翼盒结构的模型化作等效模型，然后进行有限元分析。翼盒上下翼面简化为平面，翼盒上翼面、下翼面、前后梁腹板和翼肋腹板采用复合材料层合板，各个结构的设计参数如表2所示，其中上壁板长桁截面形状为工字梁，高度为60mm，长度为60mm，上下板的厚度为5mm，中间板的厚度为2mm，总数为17个；下壁板长桁截面形状为T 字形，高度为52mm，长度为60mm，所有板的厚度为2mm，总数为12个；内部翼肋在翼盒内部平均分布，总数为9个，整体结构设计如表2所示。壁板以及翼肋的ANSYS 三维实体模型如图1所示。 对于中央翼盒，它的部分面板由于存在加强筋和长桁条等结构，而且各个面板组合在一起以后，结构就不太规则，不能采用映射网格划分和扫掠网格划分。所以，本文采用自由网格划分方法对各个面板进行划分，设定单元的尺寸为50。在此基础上，本文又对机翼翼盒结构进行研究，在经过具体分析后，对该结构的建模过程进行了一定的简化，将上下壁板和翼梁腹板等结构直接相黏结，这种建模方法不但可以满足装配要求，而且容易操作。网格划分结果如图2所示。
压电陶瓷片
仿真模拟
在巡航状态下，中央翼盒承受机翼的大部分载荷，中央翼盒的结构设计对机翼受力及传力的分析特别重要，本文主要利用ANSYS 软件模拟分析复合材料中央翼盒巡航状态下的受力情况。考虑到前后梁和机身对接加强框直接固定连接在一起，因此，确定了中央翼盒的约束条件。本次研究的约束条件为：将前后梁上距离对接面50mm 处所有节点的全部自由度设置为零，模型施加约束和载荷如表3所示，ANSYS 载荷加载模型如图3（a）所示，应力云图如图3（b）所示。 表3 施加载荷表
载荷编号加载部位载荷大小
Force1前、后梁上缘条左端（0，49293，-401000）Force2前、后梁下缘条左端（0，73939，601000）Force3前、后梁上缘条右端（0，49293，401000）Force4
前、后梁下缘条右端
（0，73939，-601000）
（c）
图1 （a） 上壁板的三维实体模型 （b） 下壁板的三维实
等效转动惯量
体模型 （c） 翼肋的三维实体模型
halin
（a）
（b）
表2 翼盒结构设计
结构
材料
单元类型
尺寸（mm）
厚度层数层合板属性
铺层角度前后梁腹板T300SOLID46
厚度宽度高度0.615
天津市长刮骨疗毒
13
±45/90/±45/90/0/90/
±45/90/±45
84000880上壁板T300SOLID46长度宽度厚度0.76913
45/04/-45/90/-45/
04/452874402010下壁板T300SOLID46长度宽度厚度0.61513
45/04/-45/90/-45/
04/45287440208左右端部翼
肋T300SOLID46长度厚度高度0.71414±453/0/±453/90——10——内部翼肋
T300
SOLID46
长度厚度高度0.8
10
±452/0/±452/90
——
8
水泥胶砂流动度——
CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2021·中国科技信息2021年第9期
航空航天◎
载荷编号加载部位载荷大小
Force5上壁板左端（0，8215，-63495）
Force6下壁板左端（0，10780，87720）
具体符合说
Force7上壁板右端（0，8215，63495）
Force8下壁板右端（0，10780，-87720）
小结
利用ANSYS进行碳纤维增强大型飞机翼盒结构设计，
求解后得到等效应力的最大值为86.16Mpa，而文献中得到
的结果为80.2Mpa，两者的相对误差在7.4%，在误差允许
范围内，所以我们可以采用此种方法进行复合材料中央翼盒
的结构设计分析。中央翼盒的最大应力为86.16Mpa，出现
在右端肋和后梁的连接处，在进行复合材料中央翼盒的结构
设计时要注意该部位的强度校核，可以有一定的参考价值。
总结与展望
大型飞机翼盒作为机翼的主要承重结构，受力情况比较复杂多变，材料和结构也是多种多样，不断有人提出大型飞机翼盒的各种新颖的结构设计理论方法和方案，以此作为基础来增大飞机燃油贮量，延长续航时间，减轻飞机结构重量，改善飞机的飞行性能。对于更深层次的理论研究和应用，由于笔者知识量有限，本文并没有涉及到，在以后的研究学习中还有待进一步的深入、发展。另外，对于中央翼盒，由于结构复杂，各个面板的连接方式也有铆接和螺接等，受力形式也多种多样，因此，对大型飞机翼盒结构进行简化，翼盒上下翼面简化为平面，翼盒上翼面、下翼面、前后梁腹板和翼肋腹板采用复合材料层合板。本文在此基础上又对机翼翼盒结构进行研究，在经过具体分析后，对该结构的受力和建模过程进行了一定的简化，例如可以采用将上下壁板和翼梁腹板等结构直接相黏结，这种建模方法不但可以满足装配要求，而且容易操作。实际上，对于大型飞机翼盒的结构设计在目前来说仍旧是一个非常大的课题，在不同的参考文献中，不同的学者采取不同的结构、受力情况和分析方法，连接方式的处理也有所不同。今后在进行大型飞机翼盒结构的详细设计时，在这一方面仍旧要多下功夫。
（a）
（b）
图3 （a）模型施加约束和载荷（b）模型应力云图
图2 翼盒网格划分
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