一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法與流程

本發明涉及飛機結構強度計算，具體涉及一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法。

背景技術：

1、傳統飛機的前起艙門主要用于保護起落架、保持飛機的氣動外形，能夠正常開啟和關閉，且主要承受飛行載荷作用。

2、大型水上飛機需要在水面降落，其前起艙門在著水時會承受很大的水載荷，然而對于這種受載嚴重的前起艙門結構，目前市面上均沒有給出可供參考的強度驗證方法，因此難以對其進行尺寸定義和優化。

技術實現思路

1、為了解決傳統飛機前起艙門缺乏強度驗證存在的問題，本發明的目的在于提供一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，用于驗證水上飛機前起艙門在著水過程中的強度與性能，從而達到指導前起艙門結構的尺寸定義和優化的目的。

2、本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

3、一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，用于水上飛機前起艙門結構著水情況分析，該方法包括以下步驟：

4、將艙門著水時產生的分布載荷處理至主承力結構橫梁處，轉化為集中載荷，作為前起艙門的結構細節有限元模型的載荷輸入；

5、建立前起艙門的結構細節有限元模型，進行前起艙門的著水強度計算；

6、按照設計工況載荷和試驗工況載荷分別對細節有限模型進行加載，對分載荷輸入處理的有效性進行評估；

7、根據試驗載荷計算結果，進行艙門本體結構及其與機身連接部位進行強度計算，對后續試驗進行風險評估；

8、通過在全機自然網格模型中施加艙門鉸鏈接頭載荷和全機配平載荷，分析機身在該載荷的位移情況對試驗加載力線的影響，得到著水強度計算結果。

9、根據本發明提供的一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，還執行：

10、對得到的著水強度計算結果進行驗證，在全機靜力機上對前起艙門進行試驗加載，其試驗加載方式與著水強度計算時一致，約束采用全機靜定約束，其中，前起艙門水載荷通過一排作動筒加載；

11、完成前起艙門的著水工況靜力試驗，獲得前起艙門真實的應力、位移結果，與強度計算結果進行對比驗證，根據試驗結果修正細節有限模型。

12、根據本發明提供的一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，所述將艙門著水時產生的分布載荷處理至主承力結構橫梁處，包括：

13、確定艙門在著水時受到的載荷分布，利用杠桿比配平方法先將該載荷分布簡化成艙門臨近框站位處的集中載荷；確定框站位處載荷合力的方向，以該方向為弦平面法向將框站位處的載荷轉換至艙門主承力結構橫梁處，在轉換過程中，需要確保轉換后的載荷對結構其他部分的作用效果與原始載荷相同；其中，在橫梁處，載荷方向與弦平面法向方向相同。

14、根據本發明提供的一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，細節有限元模型中的主要結構至少包含艙門橫梁、縱梁、蒙皮、鉸鏈及對頂擋塊，其中，對頂擋塊采用釘元進行模擬，以模擬左右艙門之間的載荷傳遞。

15、根據本發明提供的一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，在細節有限元模型中，艙門橫梁是艙門結構中用于承受橫向載荷的主要構件，該橫梁由一系列節點和連接這些節點的梁單元來模擬，這些梁單元具有不同的截面屬性，以反映實際橫梁的截面形狀和尺寸；

16、在細節有限元模型中，縱梁在艙門結構中用于承受縱向載荷，該縱梁由一系列節點和連接這些節點的梁單元來模擬，這些梁單元具有不同的截面屬性，以反映實際縱梁的截面形狀和尺寸；

17、在細節有限元模型中，蒙皮是覆蓋在艙門結構表面的一層薄板，用于提供氣密性和結構強度，該蒙皮用殼單元來模擬，這些殼單元用于同時考慮面內和面外載荷的影響；

18、在細節有限元模型中，鉸鏈為用于艙門打開和關閉的部件，它允許艙門在一定角度范圍內自由轉動；

19、在細節有限元模型中，對頂擋塊用于平衡艙門在關閉狀態下的重量，減小鉸鏈上的負載；對頂擋塊用實體單元或質量點來模擬；若對頂擋塊與艙門結構通過釘元連接，則該連接用剛性連接或彈簧阻尼單元來模擬。

20、根據本發明提供的一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，所述按照設計工況載荷和試驗工況載荷分別對細節有限模型進行加載，包括：

21、通過壓力場方式在建立的細節有限元模型施加設計工況載荷；通過mpc在細節有限元模型橫梁位置施加試驗載荷；定義艙門鉸鏈的邊界條件，采用簡支約束限制其運動；提取設計載荷和試驗載荷下的艙門與鉸鏈的載荷數據，對比設計載荷和試驗載荷下的載荷數據，分析艙門與鉸鏈的受力情況，驗證設計載荷是否能夠有效模擬實際測試中的載荷條件，以及艙門與鉸鏈的承載能力和性能是否滿足設計要求。

22、根據本發明提供的一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，所述進行艙門本體結構及其與機身連接部位進行強度計算，包括：

23、采用工程算法和強度理論對艙門本體，鉸鏈與艙門連接螺栓及與接頭耳片進行強度計算。

24、根據本發明提供的一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，根據試驗載荷類型和分布，確定需要分析的艙門組件及其承受的主要載荷方向，查找或確定艙門本體、鉸鏈、連接螺栓和接頭耳片所使用的材料的屬性；

25、根據細節有限元模型的試驗載荷計算結果或工程算法計算艙門本體在試驗載荷下的應力分布；分析鉸鏈在轉動過程中承受的彎矩、剪切力和可能的扭矩，并計算應力分布；根據連接螺栓的受力情況，計算連接螺栓的應力；分析耳片在連接處的受力情況，并計算應力分布；

26、將計算得到的最大應力與材料的許用應力進行比較，確保艙門本體在試驗載荷下不會失效；將鉸鏈的最大應力與材料的許用應力進行比較；根據螺栓類型和規格進行強度校核；將接頭耳片的最大應力與材料的許用應力進行比較，并考慮連接處的疲勞壽命；

27、根據強度校核結果，評估艙門本體、鉸鏈、連接螺栓和接頭耳片在試驗載荷下的可靠性。

28、根據本發明提供的一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，在對得到的著水強度計算結果進行驗證時，將前起艙門掛在全機靜力機上進行前起艙門靜力試驗，試驗件包括前起艙門、前起假件、艙門收放作動筒、靜力試驗機；

29、對于計算結果與試驗結果偏差較大的局部區域，根據試驗結果局部修正強度計算過程中的細節有限元模型。

30、由此可見，相比于現有技術，本發明提供了一種上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，可以全面、準確地驗證水上飛機前起艙門在著水情況下的強度性能，為水上飛機的設計和改進提供有力的支持，可以用于指導水上飛機前起艙門的結構尺寸優化和強度計算。本發明能夠簡化設計流程，減小建模成本，有效預測前起艙門著水情況下的結構強度，為結構優化更改提供指導。

31、下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

技術特征：

1.一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，其特征在于，用于水上飛機前起艙門結構著水情況分析，該方法包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還執行：

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將艙門著水時產生的分布載荷處理至主承力結構橫梁處，包括：

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照設計工況載荷和試驗工況載荷分別對細節有限模型進行加載，包括：

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述進行艙門本體結構及其與機身連接部位進行強度計算，包括：

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于：

9.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：

技術總結
本發明提供一種水上飛機前起艙門的著水強度驗證方法，包括：將艙門著水時產生的分布載荷處理至主承力結構橫梁處轉化為集中載荷；建立結構細節有限元模型，進行前起艙門的著水強度計算；按照設計工況載荷和試驗工況載荷分別對細節有限模型進行加載，對分載荷輸入處理的有效性進行評估；根據試驗載荷計算結果，進行艙門本體結構及其與機身連接部位進行強度計算，對后續試驗進行風險評估；通過在全機自然網格模型中施加艙門鉸鏈接頭載荷和全機配平載荷，分析機身在該載荷的位移情況對試驗加載力線的影響，得到著水強度計算結果。通過本發明可以驗證水上飛機前起艙門在著水過程中的強度與性能，從而達到指導前起艙門結構的尺寸定義和優化的目的。

技術研發人員：王泓杰,劉玄,楊學良
受保護的技術使用者：中航通飛華南飛機工業有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21