CN102944201A - 一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法 - Google Patents

一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102944201A
CN102944201A CN2012104517130A CN201210451713A CN102944201A CN 102944201 A CN102944201 A CN 102944201A CN 2012104517130 A CN2012104517130 A CN 2012104517130A CN 201210451713 A CN201210451713 A CN 201210451713A CN 102944201 A CN102944201 A CN 102944201A
Authority
CN
China
Prior art keywords
section
calculate
auricle
hollow beam
inertia
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012104517130A
Other languages
English (en)
Inventor
罗务揆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Original Assignee
Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC filed Critical Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Priority to CN2012104517130A priority Critical patent/CN102944201A/zh
Publication of CN102944201A publication Critical patent/CN102944201A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

本发明属于航空结构力学领域，涉及一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法。主要步骤包括确定带四个耳片薄壁矩形空心梁截面尺寸的步骤如下：计算不带耳片薄壁矩形空心梁在具有预定数值的垂直向惯性矩Ix和极惯性矩J以及壁厚为t的矩形等效宽度a1和等效高度b1；对预定的极惯性矩J进行调整，计算等效宽度a2和等效高度b2；以b2为b3的最大值范围，结合侧向惯性矩Iy和耳片高度比n2，迭代得到符合截面特性控制方程的截面尺寸a3，b3，br和L3。本发明提高了模型截面设计的精度，减少了模型设计的不确定性，缩短了确定截面尺寸的时间，提高了颤振模型的设计效率，并且由于耳片的高度可以根据需要调整，因此在一定程度上可以调整截面的总高度和总宽度，满足了尺寸限制要求。

Description

一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法
技术领域
本发明属于航空结构力学领域，涉及一种用于高速颤振模型设计的，高效率高精度的一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法。。
背景技术
高速颤振模型可以用来获取飞机及其部件的跨声速颤振特性，而高速颤振模型通常需要很小的梁架质量来提供很大的翼面刚度，而为了可以满足三向刚度的设计要求，带双耳片的矩形薄壁空心梁截面和工字形空心梁截面是两种理想的设计形式。
以前通常需要通过试凑的方法获取满足要求的截面尺寸。试凑的方法有如下缺点：第一、调整截面尺寸数据需要设计人员的经验，凭经验给出的尺寸数据往往误差很大，甚至会出现很难调整出满足设计要求的尺寸的情况，影响模型截面刚度的精度，增加了模型设计的不确定性；第二、通过试凑法要确定截面尺寸，需要进行多轮次的人工调整和判断，时间长，效率低，严重影响模型设计周期。
参见中国专利《一种带耳片的矩形薄壁空心梁截面尺寸的确定方法》（申请号201110232656.2），在保证带耳片矩形薄壁空心梁具有预定数值的垂直向惯性矩Ix、侧向惯性矩Iy、极惯性矩J以及壁厚和耳片厚度均为t的情况下，可直接确定其矩形的等效宽度a、等效高度b和空心梁截面总宽L，这种方法不需要试凑，而且精度和效率都很高。但这种方法对应的截面的特点是耳片位于截面的中性面上，这种截面有可能会因为等效高度b值过大而带来模型设计及加工上的麻烦。
参见中国专利《一种飞机高速颤振模型工字形空心梁截面尺寸的确定方法》（申请号201210146167.X），在保证工字形空心梁具有预定数值的垂直向惯性矩Ix、侧向惯性矩Iy、极惯性矩J以及壁厚为t、耳片厚度为tr的情况下，可直接确定其矩形的等效宽度a、等效高度b和空心梁截面总宽L，同样的这种方法精度和效率都很高。在相同截面特性目标值的条件下，这种方法有效地降低了截面的总高度。但是由于耳片位于矩形的四个角点，对应的截面的宽度有所增加，可能会因为总宽L值过大而带来模型设计及加工上的麻烦。
发明内容
本发明的目的是：提出一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法，以提高模型截面刚度的精度，减少模型设计的不确定性，缩短确定截面尺寸的时间，提高颤振模型的设计效率，并且本发明提出的带四个耳片的薄壁矩形空心梁的耳片高度可以调整，在相同截面特性目标值的条件下，在一定程度上可以调整截面的总高度和总宽度，满足尺寸限制要求。
本发明的技术方案是：一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法，在保证飞机高速颤振模型四耳片空心梁具有预定数值的垂直向惯性矩Ix、侧向惯性矩Iy、极惯性矩J、矩形薄壁空心梁壁厚为t、耳片厚度为tr和耳片高度比n2的情况下，确定其矩形的等效宽度a3、等效高度b3、耳片高度br和空心梁截面总宽L3；这里规定所有的长度单位为mm，包括以下步骤：
步骤一、令nr＝tr/t                ……………………………[1]
步骤二、计算不带耳片的薄壁矩形空心梁在具有预定数值的垂直向惯性矩Ix和极惯性矩J以及矩形薄壁空心梁壁厚为t和耳片厚度为tr时的矩形等效宽度a1和等效高度b1：
a 1 = 2 I x s 2 t 3 - s 3 3 b 1 = s 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 2 ]
其中，
s = 1 2 ( p - p 2 - 4 q ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 3 ]
p = 3 t ( 4 I x + J ) q = 9 I x t 2 ( 4 I x - J ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 4 ]
步骤三、对预定的极惯性矩J进行调整：根据下式计算出极惯性矩J调整后的值J1：
J1＝J[1-tr/(2b1)]                 ……………………………[5]
步骤四、计算等效宽度a2和等效高度b2：将公式[1]中的J换成J1，然后按照步骤二所述的方法计算出等效宽度a2和等效高度b2；
步骤五、迭代计算截面特性控制方程并得到截面尺寸：
5.1、令b3k＝b2-0.1k，变量k＝1,2,3,…,int(10b2)，其中int()为取整函数；
5.2、根据b3k计算a3k：
a 3 k = J 1 / ( 4 t ) b 3 k 2 ( 1 + 1 + 2 d 3 k 3 J 1 / ( 4 t ) ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 6 ]
5.3、根据b3k计算brk：
brk＝n2b3k                        ……………………………[7]
5.4、根据a3k、b3k和brk计算L3k：
L 3 k = ( a 3 k + t ) + 6 I x / t - ( a 3 k + t ) ( 3 b 3 k 3 + t 2 ) - ( b 3 k - t ) 3 n r ( 3 b rk 2 + t r 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 8 ]
5.5、根据a3k，b3k和L3k计算fk：
Figure BDA00002389750500031
5.7、获取截面尺寸：找出误差值errk最小情况对应的a3k、b3k、brk和L3k，即为最终截面尺寸a3、b3、br和L3。
本发明的优点是：本发明方法通过采用参数修正技术，刚度满足三向要求，设计的精度大大提高，满足工程要求；且由于使用了半逆向设计方法代替以往的试凑方法，减少了模型设计的不确定性，缩短了确定截面尺寸的时间，大大提高了颤振模型的设计效率，以往需要数小时甚至数天完成的工作，目前只需要数秒钟即可，缩短了模型设计周期；另外本发明的耳片高度可以根据需要进行调整，进而在一定程度上可以调整截面的总高度和总宽度，满足了尺寸限制要求；本发明形式明晰流畅，非常适合于各种通用计算程序的编制运行，很容易为工程技术人员所掌握，为颤振模型试验工作和飞机研制带来便利。
附图说明
图1是不带耳片的薄壁矩形空心梁的横剖面示意图；
图中a1是本发明步骤一所计算的矩形的等效宽度，a1=矩形的外缘宽度-薄壁厚度t；b1是本发明步骤一所计算的矩形的等效高度，b1=矩形的外缘高度-薄壁厚度t；图1中的二维坐标系的原点o为矩形的中心，x轴平行于矩形的宽度方向，正方向朝右，y轴的正方向朝上。
图2是带四个耳片的薄壁矩形空心梁的横剖面示意图；
图中的二维坐标系与图1相同。图中a3是本发明步骤五所计算的矩形的等效宽度，a3=矩形的外缘宽度W-薄壁厚度t；b3是本发明步骤五所计算的矩形的等效高度，b3=矩形的外缘高度H-薄壁厚度t；图中br是本发明步骤五所计算的耳片高度，br=耳片的外缘高度Hr-薄壁厚度tr；图中L3为本发明步骤五所计算的截面总宽度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1及图2。
一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法，在保证飞机高速颤振模型四耳片空心梁具有预定数值的垂直向惯性矩Ix、侧向惯性矩Iy、极惯性矩J、矩形薄壁空心梁壁厚为t、耳片厚度为tr和耳片高度比n2的情况下，确定其矩形的等效宽度a3、等效高度b3、耳片高度br和空心梁截面总宽L3。这里规定所有的长度单位为mm，包括以下步骤：
步骤一、令nr＝tr/t                        ……………………………[1]
步骤二、计算不带耳片的薄壁矩形空心梁在具有预定数值的垂直向惯性矩Ix和极惯性矩J以及矩形薄壁空心梁壁厚为t和耳片厚度为tr时的矩形等效宽度a1和等效高度b1：
a 1 = 2 I x s 2 t 3 - s 3 3 b 1 = s 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 2 ]
其中，
s = 1 2 ( p - p 2 - 4 q ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 3 ]
p = 3 t ( 4 I x + J ) q = 9 I x t 2 ( 4 I x - J ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 4 ]
步骤三、对预定的极惯性矩J进行调整：根据下式计算出极惯性矩J调整后的值J1：
J1＝J[1-tr/(2b1)]                ……………………………[5]
步骤四、计算等效宽度a2和等效高度b2：将公式[1]中的J换成J1，然后按照步骤二所述的方法计算出等效宽度a2和等效高度b2；
步骤五、迭代计算截面特性控制方程并得到截面尺寸：
5.1、令b3k＝b2-01k，变量k＝1,2,3,…,int(10b2)，其中int()为取整函数；
5.2、根据b3k计算a3k：
a 3 k = J 1 / ( 4 t ) b 3 k 2 ( 1 + 1 + 2 d 3 k 3 J 1 / ( 4 t ) ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 6 ]
5.3、根据b3k计算brk：
brk＝n2b3k                       ……………………………[7]
5.4、根据a3k、b3k和brk计算L3k：
L 3 k = ( a 3 k + t ) + 6 I x / t - ( a 3 k + t ) ( 3 b 3 k 3 + t 2 ) - ( b 3 k - t ) 3 n r ( 3 b rk 2 + t r 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 8 ]
5.5、根据a3k，b3k和L3k计算fk：
f k = ( b 3 k - t ) ( 3 a 3 k 2 + t 2 ) + ( a 3 k + t ) 3 + n r [ L 3 k 3 - ( a 3 k + t ) 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 9 ]
5.6、根据fk计算errk：
err k = | f k - 6 I y / t | 6 I y / t × 100 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 10 ]
5.7、获取截面尺寸：找出误差值errk最小情况对应的a3k、b3k、brk和L3k，即为最终截面尺寸a3、b3、br和L3。
实施例
以某飞机颤振模型单梁架结构为例,对本发明做进一步详细说明。
（1）根据目标值Ix和J、薄壁厚度t，得到截面尺寸a1和b1；
（2）引入参数tr/2b1，设定新的目标值J1，并根据新的目标值Ix和J1，计算得到矩形薄壁空心截面尺寸a2和b2；
（3）进一步结合目标值Iy，计算得到带耳片截面尺寸a3、b3、br和L3；
对本发明所述方法，进行计算验证；根据表1给出的截面几何特性目标值，进行截面尺寸设计；分别令t＝1.5mm和tr=2.0mm，设计得到的截面用P1、P2和P3表示；表1还给出了截面的几何特性的设计值和误差，表2给出了截面的尺寸设计值；表1的截面几何特性的设计值是根据表2对应的截面尺寸，由FEMAPv9.31截面库计算得到，相比较目标值，截面特性的误差值均不大于2%，从工程角度讲，这是一种高精度的计算结果。
表1截面几何特性mm4
Figure BDA00002389750500051
表2截面几何尺寸设计值mm
Figure BDA00002389750500052

Claims (1)

1.一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法，在保证飞机高速颤振模型四耳片空心梁具有预定数值的垂直向惯性矩Ix、侧向惯性矩Iy、极惯性矩J、矩形薄壁空心梁壁厚为t、耳片厚度为tr和耳片高度比n2的情况下，确定其矩形的等效宽度a3、等效高度b3、耳片高度br和空心梁截面总宽L3；这里规定所有的长度单位为mm，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、令nr＝tr/t            ……………………………[1]
步骤二、计算不带耳片的薄壁矩形空心梁在具有预定数值的垂直向惯性矩Ix和极惯性矩J以及矩形薄壁空心梁壁厚为t和耳片厚度为tr时的矩形等效宽度a1和等效高度b1：
a 1 = 2 I x s 2 t 3 - s 3 3 b 1 = s 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 2 ]
其中，
s = 1 2 ( p - p 2 - 4 q ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 3 ]
p = 3 t ( 4 I x + J ) q = 9 I x t 2 ( 4 I x - J ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 4 ]
步骤三、对预定的极惯性矩J进行调整：根据下式计算出极惯性矩J调整后的值J1：
J1＝J[1-tr/(2b1)]             ……………………………[5]
步骤四、计算等效宽度a2和等效高度b2：将公式[1]中的J换成J1，然后按照步骤二所述的方法计算出等效宽度a2和等效高度b2；
步骤五、迭代计算截面特性控制方程并得到截面尺寸：
5.1、令b3k＝b2-0.1k，变量k＝1,2,3,…,int(10b2)，其中int()为取整函数；
5.2、根据b3k计算a3k：
a 3 k = J 1 / ( 4 t ) b 3 k 2 ( 1 + 1 + 2 d 3 k 3 J 1 / ( 4 t ) ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 6 ]
5.3、根据b3k计算brk：
brk＝n2b3k                    ……………………………[7]
5.4、根据a3k、b3k和brk计算L3k：
L 3 k = ( a 3 k + t ) + 6 I x / t - ( a 3 k + t ) ( 3 b 3 k 3 + t 2 ) - ( b 3 k - t ) 3 n r ( 3 b rk 2 + t r 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 8 ]
5.5、根据a3k，b3k和L3k计算fk：
f k = ( b 3 k - t ) ( 3 a 3 k 2 + t 2 ) + ( a 3 k + t ) 3 + n r [ L 3 k 3 - ( a 3 k + t ) 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 9 ]
5.6、根据fk计算errk：
err k = | f k - 6 I y / t | 6 I y / t × 100 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ 10 ]
5.7、获取截面尺寸：找出误差值errk最小情况对应的a3k、b3k、brk和L3k，即为最终截面尺寸a3、b3、br和L3。
CN2012104517130A 2012-11-12 2012-11-12 一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法 Pending CN102944201A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104517130A CN102944201A (zh) 2012-11-12 2012-11-12 一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104517130A CN102944201A (zh) 2012-11-12 2012-11-12 一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102944201A true CN102944201A (zh) 2013-02-27

Family

ID=47727166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104517130A Pending CN102944201A (zh) 2012-11-12 2012-11-12 一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102944201A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104143014A (zh) * 2014-04-17 2014-11-12 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06258040A (ja) * 1993-03-02 1994-09-16 S K S Kk レーザー変位計
CN101561254A (zh) * 2009-06-05 2009-10-21 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种内腔式几何量测量方法
CN102661729A (zh) * 2012-05-11 2012-09-12 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种飞机高速颤振模型工字形空心梁截面尺寸的确定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06258040A (ja) * 1993-03-02 1994-09-16 S K S Kk レーザー変位計
CN101561254A (zh) * 2009-06-05 2009-10-21 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种内腔式几何量测量方法
CN102661729A (zh) * 2012-05-11 2012-09-12 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种飞机高速颤振模型工字形空心梁截面尺寸的确定方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104143014A (zh) * 2014-04-17 2014-11-12 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104697462B (zh) 一种基于中轴线的航空叶片型面特征参数提取方法
CN103063401B (zh) 一种钢桁架拱桥风洞试验模型的制备方法
CN108052772A (zh) 一种基于结构降阶模型的几何非线性静气动弹性分析方法
CN102682172B (zh) 基于参数分类的超临界机翼极多参数优化设计方法
CN102867097A (zh) 计及静弹性变形影响的光固化快速成型风洞模型设计方法
CN105205293B (zh) 用于获得飞机部件气动载荷的方法和系统
CN105528503A (zh) 一种基于结构分解的大型构件动态优化设计方法
CN110210130B (zh) 针对工字梁二维模型的形状优化方法
CN109726437B (zh) 一种舱门气动载荷等效节点力处理方法
CN102411652B (zh) 带耳片矩形梁截面尺寸确定方法
CN103678762A (zh) 优化的复合材料机翼气动弹性风洞模型的缩比建模方法
CN113221478A (zh) 一种主动控制旋翼的数值分析方法及系统
CN112508895A (zh) 一种基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法
CN103577635A (zh) 一种叶片型面数据的拟合方法
CN103760827A (zh) 跃度约束的数控加工进给率的离线规划方法
CN102419163A (zh) 带耳片薄壁矩形空心梁截面尺寸的确定方法
CN109492234B (zh) 一种改进的流固耦合插值方法
CN102661730B (zh) 一种飞机高速颤振主梁模型空心梁截面尺寸的确定方法
CN108038292A (zh) 一种基于双代理技术的高效自适应采样方法
CN106204736B (zh) 一种立体表面三角形展开法的展开放样制作方法
CN105353650B (zh) 建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法
CN110457852A (zh) 基于迭代法的综合回弹补偿方法
CN102661729B (zh) 一种飞机高速颤振模型工字形空心梁截面尺寸的确定方法
CN112380786B (zh) 空气舵热环境建模方法、设备及存储介质
CN102944201A (zh) 一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130227