一種飛機系留載荷計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于航空技術領域，具體涉及到固定翼飛機系留載荷計算方法。
【背景技術】
[0002] 飛機在運動平臺的飛行甲板上、機庫內必須采取系留方式錨定，以確保在各級海 況的平臺運動狀態下安全駐扎。以往的陸基飛機通常不設置專門的機場系留裝置，一般只 用輪擋固定；而用于運動平臺服役的飛機必須加設專門的系留裝置，并為確保安全，采用具 有一定冗余度的設計方案，從載荷強度計算角度，屬于多度靜不定系留方案。
[0003] 通過常規有限元法求解靜不定系留方案的各系留索載荷，由于柔性系留索只能承 受拉伸載荷，而不承受壓縮載荷，采用梁元、桿元FEM方法建模計算時，以往采取手動增減 單元的試湊法，求解效率差，而且極容易遺漏承載單元。
[0004] 系留索極度柔軟，但又不屬于標準的柔性體，具有只能承受拉力的物理特性，且為 能量耗散體，這給有限元模型的建立和仿真分析帶來了一定的困難。因此，建立符合系留索 物理特性的載荷計算方法，準確描述各系留索的載荷分配關系，成為研宄的關鍵。
【發明內容】
[0005] 本專利主要針對試湊法存在的問題，提供一種普適性強、基于MSC. PATRAN/ NASTRAN環境的非線性GAP單元FEM計算分析方法，依據全機系留平衡方程施加外載（包括 風載和質量慣性力），全面、細致地劃分系留載荷計算情況，使得在不變更飛機、運動平臺甲 板模型的前提下，達到軟件自動篩選、判別承載系留索的目的，提高工作效率和求解精度。
[0006] 本發明的技術方案是：一種飛機系留載荷計算方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0007] 1)首先，將系留載荷計算情況劃分為：
[0008] a)正常氣象時，用乂條索進行運動平臺甲板系留；
[0009] b)風暴氣象時，用NQ+2條索進行運動平臺甲板系留；
[0010] C)發動機試車時，用NQ+4條索進行運動平臺甲板系留；
[0011] d)升降平臺作業時，用NQ-2條索進行運動平臺甲板系留；
[0012] e)調向轉盤作業時，用NQ_4索進行運動平臺甲板系留；
[0013] 其中，Nq為基本系留索數量，視具體的運動平臺和飛機型號而取值不同，一般取6、 8、10、12等偶數。正常氣象為運動平臺甲板風速25m/s (標準、規范設計值）的情況，風暴氣 象為運動平臺甲板風速50m/s (標準、規范設計值）的情況。由于迎風面積的不同，上述每 種計算情況還需要繼續細分為飛機機翼的折疊與展平兩類承受風載狀態。
[0014] 2)建立全機系留載荷平衡關系式：以飛機為研宄對象，建立三組平衡方程：
【主權項】
1. 一種飛機系留載荷計算方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 首先，將系留載荷計算情況劃分為： a) 正常氣象時，用乂條索進行運動平臺甲板系留； b) 風暴氣象時，用NQ+2條索進行運動平臺甲板系留； c) 發動機試車時，用NQ+4條索進行運動平臺甲板系留； d) 升降平臺作業時，用NQ-2條索進行運動平臺甲板系留； e) 調向轉盤作業時，用NQ-4索進行運動平臺甲板系留； 其中，NQ為基本系留索數量，取6、8、10、12等偶數；正常氣象為運動平臺甲板風速25m/s的情況，風暴氣象為運動平臺甲板風速50m/s的情況；由于迎風面積的不同，上述每種計 算情況還需要繼續細分為飛機機翼的折疊與展平兩類承受風載狀態； 2) 建立全機系留載荷平衡關系式：以飛機為研宄對象，建立三組平衡方程：
上述方程組中，G為飛機重力，為系留載荷，FWS風載，Fm為質量慣性力，下角標x、y、z表征笛卡兒坐標系的三個空間方向；a,、0,、yi為系留索的空間方向角，下角標i表征編 號為i的系留索； 方程組①是系留索張力與航向風載、航向慣性力的平衡，方程組②是系留索張力與垂 向風載、垂向慣性力的平衡，方程組③是系留索張力與側向風載、側向慣性力的平衡；各典 型計算情況，飛機的質量力（慣性力）與氣動力有不同的作用點，同時實現模擬飛機的俯 仰、滾轉、偏航轉動慣量特性；由于風暴氣象條件下運動平臺的縱搖、首搖、橫搖、縱蕩、垂 蕩、橫蕩運動，會出現飛機與運動平臺甲板脫離接觸的瞬間，此時摩擦力和支持力就不存在 了，而這種情況下的系留索張力是最大的； 3) 根據上述平衡關系式，將載荷施加到有限元計算模型；建模時，將起落架定義為 只能承受壓縮載荷的GAP單元，其閉合剛度K。與張開剛度h的比值控制在A1=K。/ &多10000,起落架剛度通過落震試驗結果來確定；將系留索定義為只能承受拉伸載荷的 GAP單元，其閉合剛度Kc與張開剛度％的比值控制在X2=Kc/K<^ 0.0001，系留索剛度通 過拉伸試驗結果來確定；在軟件環境下進行模型計算求解時，必須將軟件默認的線性模式 調整為非線性模式。
2. 根據權利要求1所述的一種飛機系留載荷計算方法，其特征在于，提供一種普適性 強、基于MSC.PATRAN/NASTRAN環境的非線性GAP單元FEM計算分析方法，依據全機系留平 衡方程施加外載（包括風載和質量慣性力），全面、細致地劃分系留載荷計算情況，使得在 不變更飛機、運動平臺甲板模型的前提下，達到軟件自動篩選、判別承載系留索的目的，提 高工作效率和求解精度。
【專利摘要】本發明屬于航空技術領域，具體涉及到飛機機體和起落裝置在運動平臺甲板上駐扎系留時的載荷計算。其特征在于，提供一種普適性強、基于MSC.PATRAN/NASTRAN環境的非線性GAP單元FEM計算分析方法，依據全機系留平衡方程施加外載(包括風載和質量慣性力)，全面、細致地劃分系留載荷計算情況，使得在不變更飛機、運動平臺甲板模型的前提下，達到軟件自動篩選、判別承載系留索和最大系留載荷的目的，提高工作效率和求解精度。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104778336
【申請號】CN201510210139
【發明人】姚念奎, 曹奇凱, 隋福成, 邱濤
【申請人】中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月27日