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某型飞机后缘襟翼运动机构动力学仿真分析研究
作者：刘军
来源：《科技创新导报》2011年第33期
摘 要:后缘襟翼可以在短时间内增加飞机升力,对于飞机的起降性能有很大的影响,同时由于实际结构中零件都是有弹性的,因此进行多刚体系统及刚柔耦合系统的对比分析很有实际意义,可以使理论计算结果与真实情况更吻合。 关键词:襟翼 运动机构 多刚体 刚柔耦合
中图分类号:V22 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)11(c)-0014-02 XX Aircraft trailing flap mechanisms Dynamics simulation analysis and research LiuJun
ShangHai Aircraft Design and Research Institute,ShangHai 200232
Abstract:Trailing flap can increase aircraft lift force in a short time,which can influence the performance of takeoff and landing. According to those components work as elastic in real structure,comparing and analyzing multi-rigid system and rigid-flexible interaction system is reasonable to match the calculations and real situations.
Key word:flap;mechanism;multi-rigid;rigid-flexible interaction
襟翼在各种飞机上普遍应用,它可以在短时间内增加飞机升力,主要用在飞机起降过程和特殊紧急情况下。富勒襟翼在襟翼舵面偏转的同时发生较大幅度的后退,增加机翼整体弯度和机翼面积,通过缝隙气流改善附而层状况,因而得到加大的升力增量。它的增升效果与其它类型襟翼相比具有很大优越性,已经在国外许多大中型运输机上得到应用。在国内,由于运输场机研制发展相对落后,富勒襟翼运动机构这一领域的自主研究尚属空白。目前国内航空业的发展对大型运输机的需求变得越来越紧迫,而研制大型运输机的关键技术之一富勒襟翼运动机构的设计方法必须得到解决。 1 仿真模型建立 1.1 多刚体模型
对运动机构及后缘襟翼利用三维绘图软件绘出三维数模,并对其赋予真实材料属性,绘图软件根据材料属性及三维数模赋予零部件质量属性。将带有质量属性的三维数模导入动力学仿真
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软件中,并在动力学仿真软件中添加运动机构构件之间的运动副[1-3],至此多刚体模型如图1所示建立完毕。 1.2 刚柔耦合模型
为考察零部件弹性变形对运动机构的影响,因此将运动机构的部分构件及整个襟翼翼面在有限元软件中划分有限元网格进行柔性化。
对于运动机构的部分构件,采用划分实体网格的方法,对零件进行柔性化,在有运动副的局部采用多点约束的方法,将运动副周围的节点与铰链点连接起来。典型零件的有限元模型如图2所示:
对于襟翼翼面结构,由于零件数量较多,为降低计算量,将襟翼蒙皮简化为壳单元、前后梁简化为梁单元、肋简化为壳单元进行有限元建模,同时在有运动副的局部采用多点约束的方法,将运动副周围的节点与铰链点连接起来。襟翼翼面的有限元模型如图3所示:
有限元模型建立之后进行模态分析计算,得到各零部件的模态中性文件。在动力学仿真软件中用各零部件的模态中性文件分别代替刚体模型,由此得到运动机构的刚柔耦合模型如图4所示。
1.3 载荷施加
后缘襟翼及运动机构上的受到的外部载荷主要有两个:作用在襟翼翼面的气动力和襟翼及运动机构的自身重力。
对于襟翼及运动机构的重力,动力学分析软件根据各零部件的质量分布自动施加;对于刚体模型中的气动力,在襟翼的气动中心施加3个方向的集中载荷;对于刚柔耦合模型中的气动力,在有限元分析时以力场的方法对翼面施加等同于集中载荷的分布载荷后再提交模态分析计算,用包含载荷信息的襟翼模态中性文件替代刚体模型即将气动载荷施加在刚柔耦合模型中。 2 对比分析 2.1 典型零件变形
襟翼运动机构由曲柄的转动而运动,因此曲柄的弹性变形对襟翼的运动轨迹有直接的关系。由图5所示:刚柔耦合系统中曲柄的长度有微量的变形,最大变形量为0.01mm,相对变形量为0.003%,对运动轨迹的影响较小,如图6所示,多刚体系统的运动轨迹与刚柔耦合系统的运动轨迹几乎重合。
2.2 驱动载荷对比分析
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如图7所示:多刚体系统的运动轨迹与刚柔耦合系统中驱动力矩的变化趋势类似,都是呈现先增大再减小最后又增大的过程,与实际情况相同;由于零件的柔性变形,刚柔耦合系统的驱动力矩比多刚体系统有一定的延缓,峰值也有一定程度的降低,下降量接近10%。 2.3 铰链点受载对比分析
对于襟翼运动机构,主要的受载点为曲柄的铰链点和滑轮架的铰链点,以下分别对比分析。 如图8所示:多刚体系统中曲柄铰链点的受载呈下降趋势,而刚柔耦合系统中曲柄铰链点的受载呈上升趋势,这需要以后的试验数据进行验证。同时刚柔耦合系统中曲柄铰链点的峰值较多刚体系统的峰值有2.8%的下降,这种峰值下降的趋势与实际情况是相吻合的。
如图9所示:多刚体系统及刚柔耦合系统中滑轮架铰链点的受力都呈下降趋势,同时刚柔耦合系统中滑轮架铰链点的受力峰值较多刚体系统下降了10.4%。 4 结语
由以上对比分析可知:刚体系统与刚柔耦合系统各考核对比曲线的趋势与实际情况吻合,这说明两个系统模型建模及加载都合理可信;同时刚柔耦合系统对比多刚体系统,驱动力矩及主要受载具有一定程度的下降,这对于零件结构及驱动系统的设计都是大有裨益的,利用本文的系统模型及分析方法可以更好的指导襟翼运动机构的设计。 参考文献
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