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阵的耦合项 ,-，,-为面外载荷 .变形间耦合；而［ +］矩阵为面内与面外载荷 .变形
之间的耦合；
翼面气动弹性剪裁重点是使面外载荷弯一扭耦合刚度 ,-，,-为负值，故可采
用［ +］/0的对称非均衡铺层设计。同时，对称非均衡铺层层合板的成形工艺变形控
制难度比非对称非均衡铺层层合板小而且成形工艺变形小，故目前气动弹性剪裁采
用对称非均衡铺层。
按照气动弹性要求设计翼面的刚度特性即气动弹性剪裁，目前已采用计算机设
计程序进行设计。
关于气动弹性剪裁更详细内容，请阅有关文献。
最新资料介绍， 1(%(与美国空军正在试验主动式气动弹性机翼（ ((2）。 ((2
技术可使机翼展弦比增大，机翼变薄，以提高飞机速度和航程；滚转响应速度加快，有
利于无尾飞机设计。
（）翼面结构综合优化设计技术
复合材料翼面结构在静力、振动、位移、舵面效率、发散速度、颤振、尺寸限制等多
种约束条件下的最小重量设计是一项综合优化设计技术。在满足许用应变、尺寸限、
均衡、颤振速度等约束条件下，综合优化设计可获得最佳铺层设计结果，最大应变小
于许用应变；按许用应变设计的复合材料翼面蒙皮构件可满足耐久性 .损伤容限要
求；颤振速度提高，结构重量减轻。
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综合优化设计技术所涉及的主要分析计算内容与方法简要介绍如下以供参考。
结构静、动响应分析———位移有限元法；
"非定常气动力计算———亚音速升力面理论中的空间偶极子—
—马蹄涡格网法； 颤振速度计算————法； %气动力影响系数计算———核函数法，..； &约束处理———对尺寸限、应力、应变、位移、振频、舵面效率、发散速度、颤振速度等约束条件规范化及筛选；
’求解策略———解析法为主、差分法为辅的敏度求解策略；
(优化模型简化措施—
—采用变量耦合、敏感元素、约束临时删除、一阶台劳级数近似等措施简化优化模型； )优化计算———数学规划法（"%&’(）特别需要说明，翼面结构综合优化设计涉及内容广泛，约束条件选取多寡由设计
单位、设计师和可能的计算工具条件决定，各有其长，不尽相同。
二、复合材料前掠翼设计技术简介
复合材料前掠翼设计是复合材料气动弹性剪裁设计重要应用之一。美国 )—*+和俄罗斯 ,—-.复合材料前掠翼技术验证机相继试飞成功，验证了复合材料前掠翼技术的可行性和前掠翼飞机具有的优异气动特性。复合材料前掠翼有望在新一代战斗机上获得应用。现将复合材料前掠翼设计中的基本问题简要分析阐述如下，以进一步对复合材料气动弹性剪裁设计加深理解和认识。
（/）前掠翼独特气动力优势和难题
机翼按其刚轴与机身轴线关系分为平直翼、后掠翼和前掠翼。刚轴是机翼各翼剖面的刚心连线。目前，平直翼主要用于亚声速飞机，后掠翼在超声速飞机中广泛应用，而具有优良的大迎角气动特性的前掠翼应用极少。因为在前掠翼设计中遇到了致命的扭转发散问题，即静气动弹性不稳定问题，为此各向同性金属材料机翼要付出沉重的重量代价。
扭转发散现象
扭转发散简称发散是气动弹性静力学的一个重要问题。扭转发散现象是在一个完全确定的临界风速下，翼面弹性升力系统受定常升力作用，使其扭转变形直到破坏的现象。静气动弹性问题有两个基本关系式，一个是机翼迎角及其引起的空气动力的关系，另一个是作用在机翼上的载荷及其所产生的弹性变形之间的关系：
"后掠翼气动力特点与问题
后掠翼是现今超声速飞机广泛采用的机翼平面形状，机翼后掠不仅可以有效地
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第三篇 ;复合材料飞机结构设计
提高飞机临界马赫数，而且可以降低超声速飞机的波阻。
刚轴与飞机对称平面有一个夹角、后掠角 （掠角向后为正）。后掠翼与直机翼不同，多了一个根部三角形盒段。分析简化时引出一个有效根部来代替真实根部，把后掠翼转化为一个相当的直机翼，但其刚轴与飞机对称平面夹角为后掠角。与直机翼相比，后掠翼气动弹性行为出现以下特点：
刚心轴后掠，不仅机翼扭转会引起各翼剖面迎角变化，而且机翼弯曲也会引起顺气流翼剖面的迎角变化，使迎角减小。因为当刚轴向上弯曲时，垂直刚轴剖面 "，月两点挠度大于 点的挠度。因此，顺气流剖面 的迎角减小了，自然会引起升力减小。所以，后掠翼弯曲产生了与扭转相反的顺气流迎角影响。
从气流考虑，机翼后掠使气流速度 %在展向有流向翼尖方向的外流分量 &’()*，称为外洗。当机翼弯曲时（弯曲斜率用 +, -+%表示， ,为机翼挠度），气流 &’()引
起下洗分量（ +, ）&’()，从而使 "剖面的有效迎角减小了（ +, ）./)，这也就减小了
+%+%
弹性变形附加的气动力，因此起到了稳定的作用。当后掠角 "分别为 012，342，512和 662时，临界马赫数提高百分比分别为 78， 98，708和 508。大后掠角明显地提高了飞机临界马赫数。
但是，从另一个方面看，大后掠角带来翼尖“失速”的坏处。后掠翼外洗气流 &’()使得机翼附面层从翼根到翼尖逐渐变厚，在翼尖处造成气流分离。气流分离后，升力大大降低而造成失速现象。翼尖失速发生后，会不断从翼尖向机翼中部和根部扩展，失速的面积越来越大，可能使副翼效率大大降低，影响操纵稳定。为此，通常采用的方法是在翼面上增加有一定高度的顺气流方面“翼刀”，以减小外洗气流影响。此外，后掠翼高速和低速性能要求相互矛盾，低速性能差，起飞和着陆滑跑距离加长。
以上关于后掠翼优点和问题的简要讨论是为了更好地理解前掠翼气动弹性行为特点。
前掠翼独特气动力优势和难题
与后掠机翼相比，前掠机翼具有较低的机翼型阻，在跨音速下可维持较高升力系数；可减小对翼根弯矩；允许较高展弦比和在大迎角时翼尖保持不失速等独特气动力优势，难题是扭转发散速度明显下降。
从气流考虑，机翼前掠使气流速度 &在展向有指向翼根方向的分量 &’()，称为内洗。内洗效应与外洗相反，一方面使气流流向翼根，从而消除了翼尖失速，另一方面当机翼弯曲时，
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飞机检测与维修实用手册 2(45)
