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全动舵面是战斗机上仅次于机翼的升力面,其结构性能对战斗机的飞行性能起着重要作用。在保证结构强度、刚度的情况下,轻质化的舵面结构是提高战斗机各项性能的关键。复合材料具有比强度高、比模量大以及良好的抗疲劳特性等诸多优异性能,所以成为战斗机全动舵面的首选材料。复合材料设计既有连续变量,又有离散变量,设计变量多,影响因素复杂,因此优化设计工作显得尤为重要。 本文对某战斗机复合材料全动舵面进行了结构优化设计。首先根据全动舵面受力特点和边界条件,基于变密度法对结构进行了拓扑优化,得到结构的材料分布形式,即主传力路径,为结构布局设计提供了基础。然后根据主要受力构件布置的一般原则,参考拓扑优化结果和现有战斗机全动舵面结构布局,设计了四种布局方案。完成选材、加载和有限元分析之后,以质量最轻为目标,以设计许用应变、舵面翼尖位移和扭转角作为约束条件,利用MSC.Patran/Nastran对全动舵面进行了优化设计。最后对各个方案优化结果进行对比分析,无大梁放射状多腹板式的结构布局方案重量最轻。优化结果为某战斗机全动舵面的结构设计提供了依据。