ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ............................................................................ 5
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 6
ГЛАВА 1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В КОНСТРУКЦИИ ЛЁГКИХ САМОЛЁТОВ ................................................................................................................ 13
1.1 Композиционные материалы в конструкции самолетов .................................. 13
1.2 Современные легкие самолеты общего назначения, в конструкции которых используются КМ ....................................................................................................... 16
1.3 Полимерные композиционные материалы, применяющиеся в авиастроении ........ 21
1.3.1 Армирующие волокна ................................................................................. 22
1.3.2 Армирующие ткани ..................................................................................... 27
1.3.3 Матричные материалы ................................................................................ 28
1.4 Многоцелевой легкий самолет общего назначения «DA-62» ......................... 30
1.5 Объект исследования ........................................................................................... 33
1.6 Обзор методов проектирования конструктивно-силовой схемы летательных аппаратов из КМ ......................................................................................................... 35
1.7 Методика разработки конструкции хвостовой части фюзеляжа самолета .... 39
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА САМОЛЕТ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РАСЧЕТНЫХ СЛУЧАЯХ .................................................................... 43
2.1 Нагрузки, действующие на фюзеляж легкого самолета .................................. 43
2.1.1 Расчетные случаи нагружения конструкции по Нормам летной годности для лёгких самолетов ................................................................................................... 44
2.1.2 Массово-инерционные нагрузки ................................................................ 50
2.1.3 Силы избыточного давления в герметических кабинах фюзеляжа ........ 52
2.1.4 Силы, передающиеся на фюзеляж от багажного отсека .......................... 53
2.2 Моделирование аэродинамического обтекания многоцелевого лёгкого самолета ... 54
2.2.1 Создание конечно-элементной модели (КЭМ) ......................................... 58
2.2.2 Выбор модели турбулентности................................................................... 60
2.2.3 Результаты определения нагрузок, действующих на самолет ................ 61
Выводы по Главе 2 ..................................................................................................... 67
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МНОГОСЛОЙНЫХ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ............................................................................................................... 68
3.1 Расчетно-теоретическое определение характеристик используемых материалов композитных шпангоутов на основе многомасштабного анализа ... 70
3.1.1 Расчетно-теоретическое определение физико-механических характеристик ПКМ на мезоуровне .............................................................................................. 72
3.1.2 Расчетно-теоретическое определение характеристик ПКМ на макроуровне ... 75
3.2 Расчетно-экспериментальное исследование характеристик материалов ....... 78
3.2.1 Изготовление образцов материалов методом вакуумной инфузии ........ 78
3.2.2 Проведение экспериментальных исследований ....................................... 81
Выводы по Главе 3 .................................................................................................... 84
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИЛОВОГО НАБОРА ХВОСТОВОЙ ЧАСТИ ФЮЗЕЛЯЖА ЛЁГКОГО САМОЛЕТА ................................................................................................. 86
4.1 Выбор оптимального расположения и ширины силовых шпангоутов .......... 88
4.2 Оптимизация формы силовых элементов силового набора фюзеляжа .......... 93
4.2.1 Топологическая оптимизация силовых шпангоутов силового набора
фюзеляжа ................................................................................................................ 96
4.2.2 Параметрическая оптимизация второго уровня конструкции силового
набора ................................................................................................................... 105
4.3 Определение оптимальных схем укладки слоистых композитных силовых шпангоутов................................................................................................................ 111
4.4 Оценка прочности слоистых шпангоутов ....................................................... 118
Выводы по Главе 4 ................................................................................................... 123
ГЛАВА 5. ВЫБОР СПОСОБА КРЕПЛЕНИЯ ЧАСТЕЙ КОМПОЗИТНЫХ ШПАНГОУТОВ СИЛОВОГО НАБОРА ХВОСТОВОЙ ЧАСТИ ФЮЗЕЛЯЖА ...... 124
5.1 Клеевое соединение ........................................................................................... 126
5.2 Комбинированное соединение .......................................................................... 134
5.3 Анализ результатов оптимизации силовых шпангоутов хвостовой части фюзеляжа ................................................................................................................... 142
Выводы по главе 5 .................................................................................................... 144
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................... 145
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................................................... 147
