CN106709174A - 一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机强度计算领域，涉及一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法。所述的方法包括如下步骤：步骤一，在基本坐标系下建立中立位置的活动面有限元模型；步骤二，在中立位置的活动面有限元模型中建立基准偏转坐标系，坐标系原点为某一悬挂支座的耳片孔心，X轴垂直于活动面前梁平面，前缘方向为正，Z轴为活动面转轴，翼尖方向为正，Y轴由右手法则确定；步骤三，将中立位置活动面有限元模型所有节点的坐标定义在基准偏转坐标系下；步骤四，将基准偏转坐标系绕其Z轴偏转要求的角度生成偏转坐标系，实现了飞机活动面的偏转。提供了一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法。

Description

一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法
技术领域
本发明属于飞机强度计算领域，涉及一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法。
背景技术
飞机强度分析中，针对活动面具有多偏度受载的问题，传统的解决办法是只建立活动面的中立位置有限元模型，对于带偏角的载荷情况采用作动器相对活动面偏转的方法来模拟因活动面偏转带来的操纵力臂的变化。对于舵面的单独求解该方法可行，但是需要将活动面与盒段连接求解来模拟更真实的支持刚度时，该方法无法实现多载荷工况下活动面不同偏转角度的受载状态。
发明内容
本发明的目的：提供一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法。
本发明的技术方案：一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一，在基本坐标系下建立中立位置的活动面有限元模型；
步骤二，在中立位置的活动面有限元模型中建立基准偏转坐标系，坐标系原点为某一悬挂支座的耳片孔心，X轴垂直于活动面前梁平面，前缘方向为正，Z轴为活动面转轴，翼尖方向为正，Y轴由右手法则确定；
步骤三，将中立位置活动面有限元模型所有节点的坐标定义在基准偏转坐标系下；
步骤四，将基准偏转坐标系绕其Z轴偏转要求的角度生成偏转坐标系，实现了飞机活动面的偏转。
优选地，基准偏转坐标系绕其Z轴偏转的角度对应于飞机的载荷情况。
优选地，采用PATRAN软件的PCL语言实现飞机活动面的偏转。
优选地，在基于PATRAN软件实现飞机活动面的偏转系统内预置有每种飞机载荷情况下活动面对应的偏转角度。
优选地，对于多种载荷情况，各载荷情况偏转坐标系输出到不同的偏转坐标系文件，文件名称采用载荷情况号。
本发明的有益效果：针对活动面具有多偏度受载的问题，传统的解决办法是只建立活动面的中立位置有限元模型，对于带偏角的载荷情况采用作动器相对活动面偏转的方法来模拟因活动面偏转带来的操纵力臂的变化。对于舵面的单独求解该方法可行，但是需要将活动面与盒段连接求解来模拟更真实的支持刚度时，该方法无法实现多载荷工况下活动面不同偏转角度的受载状态。本专利建立了以活动面转轴为坐标轴的基准偏转坐标系，活动面的坐标都是在基准偏转坐标系下给出，活动面需要偏转角度时将基准偏转坐标系绕转轴转动相应角度来得到偏转角度下的坐标系，便实现了整个活动面的偏转，符合实际结构受力状态，使得活动面的有限元分析结果更准确。同时采用PATRAN软件的PCL语言，编写了活动面结构参数化建模程序，实现了活动面结构建模的参数化和自动化以及模型偏转的批处理，实现了活动面与盒段连接求解时所有偏角工况下的模型快速偏转。
附图说明
图1升降舵有限元模型示意图；
图2升降舵基准偏转坐标系定义示意图；
图3升降舵参数化建模程序流程图；
图4基准偏转坐标系下定义的节点坐标格式示意图；
图5升降舵基准偏转坐标系偏转前后对比示意图；
图6升降舵有限元模型中立位置时与平尾相对位置示意图；
图7升降舵有限元模型偏转后与平尾相对位置示意图；
图8升降舵各载荷情况对应偏转角度文件格式示意图；
图9导入程序文件示意图；
图10程序化生成偏转坐标系文件格式示意图。
具体实施方式
以某型飞机升降舵为例来介绍一下飞机活动面偏转的具体操作流程：
步骤1、在基本坐标系即飞机总体坐标系下，建立升降舵中立位置的有限元模型，如图1所示基本坐标系1，左升降舵中立位置有限元模型2、右升降舵中立位置有限元模型3，升降舵中立位置即升降舵偏转角度为0度时的位置。该步骤中将常规有限元建模方法进行程序化，避免了手动生成大量节点和单元的繁琐工作。如图3所示为升降参数化建模程序流程图，其中的升降舵偏转模块为接下来重点介绍的部分。
步骤2、建立升降舵基准偏转坐标系，坐标系编号定义为73000，如图2所示。选取升降舵靠近翼根的1#悬挂支座6耳孔中心为坐标系原点，X轴垂直于升降舵前梁平面7，指向前缘方向5为正，Z轴为升降舵转轴8，指向翼尖方向4为正。
步骤3、将升降舵有限元模型的节点坐标定义在基准偏转坐标系下，即所有节点坐标值均是相对于基准偏转坐标系原点的位置来给出的。如图4所示为升降舵有限元模型节点在基准偏转坐标系下定义的输出文件格式示意图。
步骤4、将基准偏转坐标系绕其Z轴(即升降舵转轴)偏转一定的角度后生成偏转坐标系，因升降舵有限元模型节点坐标相对于基准偏转坐标系位置固定不变，因此坐标系偏转后，升降舵模型也跟着偏转了相同的角度。如图5所示为升降舵基准偏转坐标系偏转前后对比示意图，如图6、图7给出了偏转前后升降舵有限元模型相对于平尾盒段的位置示意图。升降舵在各载荷情况下偏转角度不同，在有限元分析计算时需建立各偏转角度下升降舵的有限元模型。而且结构设计往往进行多轮次载荷求解，且各轮载荷情况多达上百种、偏转角度也不同，因此对应每轮次载荷的求解要重新建立偏转模型，工作量大。因此本步骤利用PCL语言进行批处理偏转坐标系文件，即快速输出多个偏转坐标系文件，每个偏转坐标系文件与模型文件组合起来便为一个偏角下的模型。当载荷情况变化时，仅改变偏转坐标系文件即可，模型文件不变，大大减小了建模的工作量。
PCL命令语言是集成于MSC.PATRAN中的一个模块化高级编程语言和用户自定义工具，可供用户对PATRAN进行二次开发或编制专用程序，它的主要功能有：生成能直接从PATRAN调用的函数；生成窗体和控键；调用PATRAN的内部函数和操作其数据库；调用PATRAN外的可执行文件。这些特点使用户能灵活地调配PATRAN现有的功能和添加新的函数进行参数化建模。PCL语言类似于C语言，具有标准C语言的几乎全部功能，简单易用，适合于工程技术人员进行程序设计。
PCL程序可在文本文件中编写，文件后缀名为.PCL，其输入文件为升降舵各载荷情况对应偏转角度文件，如图8所示输入文件格式。其运行方法是在PATRAN软件的命令窗口中导入程序文件，如图9所示，导入命令为！！I NPUT。运行完成后即可生成不同载荷情况对应的偏转坐标系文件，每个载荷情况对应一个坐标系文件，文件名称以载荷情况号命名，输出偏转坐标系文件格式如图10所示。

Claims (5)

1.一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一，在基本坐标系下建立中立位置的活动面有限元模型；
步骤二，在中立位置的活动面有限元模型中建立基准偏转坐标系，坐标系原点为某一悬挂支座的耳片孔心，X轴垂直于活动面前梁平面，前缘方向为正，Z轴为活动面转轴，翼尖方向为正，Y轴由右手法则确定；
步骤三，将中立位置活动面有限元模型所有节点的坐标定义在基准偏转坐标系下；
步骤四，将基准偏转坐标系绕其Z轴偏转要求的角度生成偏转坐标系，实现了飞机活动面的偏转。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法，其特征为：基准偏转坐标系绕其Z轴偏转的角度对应于飞机的载荷情况。
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法，其特征为：采用PATRAN软件的PCL语言实现飞机活动面的偏转。
4.根据权利要求3所述的一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法，其特征为：在基于PATRAN软件实现飞机活动面的偏转系统内预置有每种飞机载荷情况下活动面对应的偏转角度。
5.根据权利要求3所述的一种基于有限元模型的飞机活动面偏转方法，其特征为：对于多种载荷情况，各载荷情况偏转坐标系输出到不同的偏转坐标系文件，文件名称采用载荷情况号。
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