運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法
2023-07-22 03:29:11
運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法
【專利摘要】本發明屬於飛機飛行載荷設計【技術領域】，涉及對運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷確定方法的改進。其特徵在於，確定機翼結構載荷的步驟如下：飛機空投貨物參數初始化；飛機有限元模態分析；飛機非定常氣動力係數矩陣計算；飛機空投貨物動響應計算；計算機翼結構載荷動響應；確定空投時機翼結構的設計載荷。本發明提供了一種改進的運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法，提高了機翼結構載荷的確定精度，保證了機翼結構的安全性和飛機的飛行安全。
【專利說明】運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於飛機飛行載荷設計【技術領域】，涉及對運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法的改進。
【背景技術】
[0002]空投是運輸類飛機的重要工作模式之一。空投時一般需要確定飛機貨艙地板、貨橋、連接件、機翼等部件的設計載荷。當前的運輸類飛機貨物空投時將飛機視為剛體，僅考慮氣動力的靜氣動彈性修正，依託剛體飛行動力學方程進行求解，具體技術見文獻:「運輸機空投的飛行動力學建模及仿真」，楊妙升、屈香菊，《飛行力學》，2010，28卷(第3期)，Ρ.9-12。
[0003]目前的運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法的缺點是:第一、所確定的機翼結構載荷誤差大。由於運輸類飛機具有結構柔性大、頻率低的特點，貨物空投、尤其是重裝貨物空投過程的激勵載荷具有較寬的頻帶，會激勵起飛機較多彈性模態的振動，而這種動響應可能會被氣動彈性效應變得更大，進而引起飛機結構載荷的增大，這些對飛機的結構安全性和飛行安全性會引起不利的影響。第二、在彈性飛機貨物空投動響應建模過程中，未考慮貨物艙內移動過程、並未在空投過程中疊加離散陣風激勵載荷，這些工作的不足既很難滿足飛機設計規範的要求，也會造成飛機貨物空投時機翼結構設計載荷偏小，進而對飛機的結構安全性和飛行安全性引起不利的影響。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:提供一種改進的運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法，以便提高機翼結構載荷的確定精度，保證機翼結構的安全性和飛機的飛行安全性。
[0005]本發明的技術方案是:運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法，其特徵在於，確定機翼結構載荷的步驟如下:
[0006]1、飛機空投貨物參數初始化:依據國軍標GJB67.2Α-2008中的空投陣風準則進行飛機空投貨物參數初始化，需要初始化的空投貨物參數為:輸入飛機的有限元模型FEM、飛機的質量1、飛機飛行高度H、飛機飛行速度V、平均氣動弦長C、貨物的質量mb、貨物在飛機貨艙內的初始裝載位置xo、貨物的轉動慣量Iby、貨物在貨艙內運動的加速度％、模態數目k、離散陣風強度Uw、離散陣風尺度Lw ；
[0007]2、飛機有限元模態分析:以上述飛機的有限元模型FEM、模態數目k為控制參數，採用Nastran軟體對飛機的有限元模型FEM進行模態分析，得到飛機的模態矩陣Φ、每階模態的振動圓頻率、廣義質量矩陣Mtw和廣義剛度矩陣Km，模態矩陣Φ包含飛機的剛體運動模態和彈性振動模態；
[0008]3、飛機非定常氣動力係數矩陣計算:以上述模態矩陣Φ、飛機飛行高度H、飛機飛行速度V、平均氣動弦長C、離散陣風強度Uw和離散陣風尺度Lw為輸入變量進行時域非定常氣動力係數矩陣計算，採用亞音速偶極子格網法進行計算得到結構振動引起的非定常氣動力係數矩陣Qa，採用陣風混合建模方法進行計算得到陣風引起的激勵力係數矩陣Qw ；
[0009]4、飛機空投貨物動響應計算:
[0010]4.1、重構彈性飛機貨物空投動響應微分矩陣方程:在步驟I的12個參數、步驟2的模態矩陣Φ、每階模態的振動圓頻率、廣義質量矩陣Mm和廣義剛度矩陣Km和步驟3的結構振動引起的非定常氣動力係數矩陣Qa及陣風引起的激勵力係數矩陣Qw的基礎上，重構彈性飛機貨物空投動響應微分矩陣方程:
[0011]
【權利要求】
1.運輸類飛機貨物空投時機翼結構載荷的確定方法，其特徵在於，確定機翼結構載荷的步驟如下: 1.1、飛機空投貨物參數初始化:依據國軍標GJB67.2A-2008中的空投陣風準則進行飛機空投貨物參數初始化，需要初始化的空投貨物參數為:輸入飛機的有限元模型FEM、飛機的質量ma、飛機飛行高度H、飛機飛行速度V、平均氣動弦長C、貨物的質量mb、貨物在飛機貨艙內的初始裝載位置xo、貨物的轉動慣量Iby、貨物在貨艙內運動的加速度％、模態數目k、離散陣風強度Uw、離散陣風尺度Lw ； 1.2、飛機有限元模態分析:以上述飛機的有限元模型FEM、模態數目k為控制參數，採用Nastran軟體對飛機的有限元模型FEM進行模態分析，得到飛機的模態矩陣Φ、每階模態的振動圓頻率、廣義質量矩陣Mm和廣義剛度矩陣Ktw，模態矩陣Φ包含飛機的剛體運動模態和彈性振動模態； 1.3、飛機非定常氣動力係數矩陣計算:以上述模態矩陣Φ、飛機飛行高度H、飛機飛行速度V、平均氣動弦長C、離散陣風強度Uw和離散陣風尺度Lw為輸入變量進行時域非定常氣動力係數矩陣計算，採用亞音速偶極子格網法進行計算得到結構振動引起的非定常氣動力係數矩陣Qa，採用陣風混合建模方法進行計算得到陣風引起的激勵力係數矩陣Qw ； 1.4、飛機空投貨物動響應計算: 1.4.1、重構彈性飛機貨物空投動響應微分矩陣方程:在步驟1.1的12個參數、步驟1.2的模態矩陣Φ、每階模態的振動圓頻率、廣義質量矩陣Mtw和廣義剛度矩陣Km和步驟1.3的結構振動引起的非定常氣動力係數矩陣Qa及陣風引起的激勵力係數矩陣Qw的基礎上，重構彈性飛機貨物空投動響應微分矩陣方程:
【文檔編號】G06F17/50GK103577648SQ201310563397
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2013年11月13日
【發明者】荊志偉, 侯宗團 申請人:中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所