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Structural Design and Optimization of an Aircraft Morphing Wing: Composite Skin

机译：飞机变形翼的结构设计和优化：复合蒙皮

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摘要

A load-bearing morphing skin concept to improve the aerodynamic performance of an aircraft wing is proposed. The concept uses a composite material morphing upper skin coupled to a typical aluminum wing structure. A three-step finite element analysis-based optimization scheme is developed using the minimization of the mass of the composite skin as the objective function, while ensuring it best fits the target morphed aerodynamic profiles. The optimization results are further simplified to ease manufacturing. A series of analytical validations are performed to ensure the structural integrity of the morphing skin as part of the original wing section subject to the design limit loads. Finally, the deformation of the skin is validated experimentally on a testbed model under 1g design limit load and several morphing conditions. The experimental results show that skin deformations are in line with the finite element analysis predictions for both the design limit loads and the target morphed shapes. This validates that the finite element analysis-based optimization procedure developed here is appropriate for the design of a morphing wing section with active aerodynamic improvement capabilities, while preserving its structural integrity.
机译：提出了一种改善飞机机翼空气动力性能的承重变形蒙皮概念。该概念使用使上部蒙皮变形的复合材料结合到典型的铝制机翼结构。使用最小化复合蒙皮的质量作为目标函数，开发了一个基于三步有限元分析的优化方案，同时确保它最适合目标变形的空气动力学轮廓。优化结果被进一步简化以简化制造。进行了一系列分析验证，以确保变形蒙皮作为原始机翼部分的一部分，承受设计极限载荷的结构完整性。最后，在1g设计极限载荷和几种变形条件下，在测试平台模型上通过实验验证了皮肤的变形。实验结果表明，对于设计极限载荷和目标变形形状，蒙皮变形均符合有限元分析的预测。这验证了此处开发的基于有限元分析的优化程序适用于具有主动空气动力学改进功能的变形机翼部分的设计，同时保留了其结构完整性。

著录项

  • 来源
    《Journal of Aircraft》 |2018年第1期|195-211|共17页
  • 作者

    Michaud Francois; Dalir Hamid; Joncas Simon;

  • 作者单位

    Super Technol Sch, Dept Automated Mfg Engn, Montreal, PQ H3C 1K3, Canada;

    Bombardier Aerosp, Montreal, PQ H3B 1Y8, Canada;

    Super Technol Sch, Dept Automated Mfg Engn, Montreal, PQ H3C 1K3, Canada;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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