多工况下某太阳能无人机翼肋拓扑优化

张利国， 王冠

（沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳110136）

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太阳能无人机具有飞行时间长、飞行速度低、展弦比大等特点，为满足动力和机载设备的供电需求，此类飞机需要大面积铺设太阳能电池板。因此与普通飞机比较，太阳能飞机翼展更大，翼肋数量更多。为了节省能源，合理的翼肋结构对于满足结构强度，减轻机身质量，提高飞机性能具有十分重要的意义。近年来，结构优化以其独特的优势在航空领域得到广泛的应用，结构优化设计根据设计变量的不同可分为形状优化、尺寸优化和拓扑优化三个层次[1]。经过几十年的发展，目前尺寸优化和形状优化都已经比较成熟，相比于国外来说，拓扑优化在国内起步较晚，目前还处于发展阶段[2]。王伟等[3-4]结合变密度法与NASTRAN的有限元分析功能提出了一种两级三层的综合设计优化方法，得到了一种较好的飞翼结构。张碧辉等[5]基于双向渐进结构优化法，对典型太阳能飞机翼肋进行拓扑优化，得到了一种较为合理的翼肋布局。邓扬晨等[6]针对飞机加强框提出了“改进的敏度阈值”的概念，结合“约束补偿”概念形成了一种新的拓扑优化算法，得到了一种新颖的加强框结构。印长磊等[7]基于HyperWorks软件对机翼翼盒纵向传力路径进行拓扑优化，得到了一种实用的翼梁布局形式。董瑞星等[8]在MSC.PATRAN平台上二次开发了应力约束全局化拓扑优化方法，并用此方法对翼肋进行拓扑优化，减重效果明显。梅莉等[9]采用两级优化的方法对肋板进行拓扑和尺寸优化，优化后的翼肋板质量减少约30%，刚度和强度同时得到很大改进。……