题目：大型客机选材方案设计与复合材料垂直尾翼设计

本文研究内容分为两个部分：首先提出了全机材料选用方案，并对方案的减重效果和先进性进行了评估；其次完成了垂直尾翼的载荷计算、结构设计和强度分析，并在最后对垂直尾翼的主承力构件进行了复合材料设计。 在全机选材方案设计部分，考虑到国内在原材料供应、工艺水平、性能稳定性、成本控制和使用经验上的现实差距，本文主要参考了21世纪前十年出现的A380、A350和B787在材料应用方面的最新成果，在第四代高强耐损伤铝合金/铝锂合金/先进复合材料/钛合金/结构钢等主流结构材料的范畴内，推荐了CJ818各部位主要构件的材料及工艺。 定量评估表明，本文所提出的A/B两个选材方案保证了可观的减重效果，抵消较高的设计指标带来的重量/性能损失，并有力地支持“经济性”和“高原机场适应性”的设计输入。同时，两方案不仅对参考机型（A320、B737）具有压倒性的选材优势，即使与A320和B737后继机相比，也具有一定的竞争力，并形成了自己的选材特色和发展方向。 在垂直尾翼设计部分，本文首先依据设计输入和参考机型的统计数据，进行了垂直安定面传力路线的设计和主要承力构件的布置；并遵照CCAR25的设计要求，依据CJ818的气动设计参数，对垂直安定面和方向舵进行了载荷计算；在垂直尾翼出现极限载荷条件下，本文使用工程梁理论初步计算出了垂直安定面翼盒各主承力构件（梁、蒙皮、长桁等）的尺寸沿展向的分布；最后使用有限元方法分别建立金属模型和复合材料模型，详细核算了设计计算结果的合理性。 核算结果表明，主承力构件的布置和基于工程梁理论所得出的主承力构件尺寸可以保证金属模型的强度和刚度满足设计要求。各承力构建选用复合材料重新设计后，可以改善原结构的强度和刚度。