● 摘要
“物竞天择，适者生存”是自然界生物进化发展的客观规律。许多生物经过千万年的进化历程，形成了众多独特的外形、经济而精巧的结构、可靠而高效的功能等。大自然给我们工程设计提供了丰富的参考来源。随着航空科学与技术的快速发展，对飞机设计提出了更高的要求。除了探索先进的气动外形，还需要设计先进的结构，在满足结构强度刚度需求下，尽量减轻自重。减重是飞机设计者永恒的追求目标之一，提高结构比强度、比刚度是改善飞行器综合性能、降低使用成本的重要途径。本文将结构仿生理论和方法与机翼结构设计相结合，将生物结构的合理性运用到机翼结构刚度和强度设计中来。系统探讨仿生学及结构仿生学的理论基础，包含相似理论、系统论、优化理论等。研究将其应用到飞机机翼的结构设计中，以提高机翼的结构刚度和强度的方法。主要包含两个方面：一是对翼肋、翼梁等主要构件进行细观结构设计；二是对承力系统进行整体结构的仿生优化设计。主要步骤包含：分析机翼结构受力和传递路径；探讨与机翼结构受力特点相似的特定生物系统；通过三维软件建模，构造仿生机翼模型，以确定机翼结构形式；利用有限元分析软件，分别对原型和仿生型机翼进行应力、变形等参数计算；进行比较最终择优选择设计方案，以此验证结构仿生学在机翼结构刚度和强度设计中的有效性。计算结果表明，机翼仿生设计有效提高了机翼的结构比强度和比刚度性能，随着对于结构仿生理论认识的深入，结构仿生学在飞机设计领域还有进一步发展应用的空间。