CN106777689A - 一种基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法 - 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双铰链舵面偏转方法。其特征在于所述的方法包括如下步骤：步骤1、在双铰链舵面中立位置前、后舵面的有限元模型中分别建立偏转坐标系1和2，坐标系1和2的Z轴与舵面转轴重合；步骤2、将前舵面有限元模型的节点坐标修改为坐标系1下的局部坐标；将后舵面有限元模型的节点坐标修改为坐标系2下的局部坐标；步骤3、将坐标系2的参考点坐标修改为坐标系1下的局部坐标；步骤4、根据各载荷工况下舵面的偏转角度，将坐标系1和2沿Z轴进行相应角度偏转，得到偏转后的坐标系1"和2"，实现了双铰链舵面偏转。提供一种计算方法简便的基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法。

Description

一种基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法
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双铰链舵面偏转方法。
背景技术
飞机双铰链舵面在不同载荷工况下偏转角度不同，且后舵面与前舵面进行随动偏转，前后舵面偏转角度不同，引起各工况下作动器轴线距转轴距离不同。通常分析计算时工况个数(偏转角度)多达上千种，同时舵面模型节点数也多达上千个，采用修改有限元模型节点坐标值而得到各偏转角度的有限元模型的方法计算量极大，难以建立各偏转角度的真实状态有限元模型，因此通常情况下仅在中立位置(偏转角度为0)双铰链舵面模型中进行求解，导致舵面各支座的支反力计算结果不真实。
发明内容
本发明的目的：提供一种计算方法简便的基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法。
本发明的技术方案：一种基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤1、在双铰链舵面中立位置前、后舵面的有限元模型中分别建立偏转坐标系1和2，坐标系1和2的Z轴与舵面转轴重合；
步骤2、将前舵面有限元模型的节点坐标修改为坐标系1下的局部坐标；
将后舵面有限元模型的节点坐标修改为坐标系2下的局部坐标；
步骤3、将坐标系2的参考点坐标修改为坐标系1下的局部坐标；
步骤4、根据各载荷工况下舵面的偏转角度，将坐标系1和2沿Z轴进行相应角度偏转，得到偏转后的坐标系1"和2"，实现了双铰链舵面偏转。
优选地，采用PATRAN软件的PCL语言实现飞机双铰链舵面的偏转。
优选地，在基于PATRAN软件实现飞机双铰链舵面的偏转系统内预置有每种飞机载荷情况下舵面对应的偏转角度。
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：与现有技术中进行修改有限元模型各节点坐标值的方法实现舵面偏转相比，本发明通过修改坐标系角度而实现舵面偏转，客观上减少了计算量。
附图说明
图1为某飞机中立位置的双铰链舵面有限元模型；
图2为图1的俯视图；
图3为飞机主视图下的全机坐标系；
图4为飞机俯视图下的全机坐标系；
图5为偏转后的双铰链有限元模型；
图6为图5的俯视图。
具体实施方式
以某飞机双铰链舵面为例，详细说明本专利方法。
步骤一：图1和2所示为某飞机中立位置(舵面偏角为0度)的双铰链舵面有限元模型，在前、后舵面的有限元模型中分别建立偏转坐标系83003和84003，且坐标系83003和84003的Z轴分别与前、后舵面的转轴重合；
步骤二：根据前舵面偏转坐标系83003与全机坐标系(如图3和4所示)的空间位置关系，利用节点空间坐标转换方程，将前舵面有限元模型中所有节点的坐标从全机坐标系下的坐标值变换为偏转坐标系83003下的坐标值，建立前舵面有限元节点位置和偏转坐标系之间的相对关系。例如前舵面翼尖后缘节点在全机坐标系中的坐标值为：(30579.31、75.31、5134.99)，变换到偏转坐标系83003下的坐标值为(420.17、75.44、2430.71)，当偏转坐标系83003绕Z轴转动一定角度时，前舵面节点与其相对位置关系不变，跟随转动一定角度。
根据后舵面偏转坐标系84003与全机坐标系(如图3和4所示)的空间位置关系，利用节点空间坐标转换方程，将后舵面有限元模型中所有节点的坐标从全机坐标系下的坐标值变换为偏转坐标系84003下的坐标值，建立后舵面有限元节点位置和偏转坐标系之间的相对关系。例如后舵面翼尖后缘节点在全机坐标系中的坐标值为：(31148.99、0.0、5135.0)，变换到偏转坐标系84003下的坐标值为(452.03、0.0、2634.87)，当偏转坐标系84003绕Z轴转动一定角度时，后舵面节点与其相对位置关系不变，跟随转动一定角度。
步骤三：步骤一中偏转坐标系83003和84003分别依据其原点、Z轴上1点及ZX轴平面内1点建立，这三个参考点的坐标均参照全机坐标系。依据前舵面偏转坐标系83003与全机坐标系的空间位置关系，利用节点空间坐标转换方程，将后舵面偏转坐标系84003三个参考点的坐标从全机坐标系下的坐标值变换为偏转坐标系83003下的坐标值，建立后舵面偏转坐标系84003与前舵面偏转坐标系83003之间的相对关系，当前舵面偏转坐标系83003绕Z轴偏转一定角度后，后舵面偏转坐标系84003跟随转动一定角度。
步骤四、某载荷工况下双铰链舵面偏转角度为20度，将偏转坐标系83003和84003分别沿其Z轴偏转20度，得到偏转20度下的偏转坐标系，然后将步骤二得到的变换节点参考坐标系的中立位置双铰链舵面模型至于该偏转坐标系下，即可得到偏转后的双铰链有限元模型，如图5和6所示。
在偏转大量双铰链舵面有限元模型时，仅需编程对坐标系83003和84003进行转动，而不用对舵面有限元模型节点的坐标进行修改，大大减少工作量。

Claims (4)

1.一种基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤1、在双铰链舵面中立位置前、后舵面的有限元模型中分别建立偏转坐标系1和2，坐标系1和2的Z轴与舵面转轴重合；
步骤2、将前舵面有限元模型的节点坐标修改为坐标系1下的局部坐标；
将后舵面有限元模型的节点坐标修改为坐标系2下的局部坐标；
步骤3、将坐标系2的参考点坐标修改为坐标系1下的局部坐标；
步骤4、根据各载荷工况下舵面的偏转角度，将坐标系1和2沿Z轴进行相应角度偏转，得到偏转后的坐标系1"和2"，实现了双铰链舵面偏转。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法，其特征为：采用PATRAN软件的PCL语言实现飞机双铰链舵面的偏转。
3.根据权利要求2所述的一种基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法，其特征为：在基于PATRAN软件实现飞机双铰链舵面的偏转系统内预置有每种飞机载荷情况下舵面对应的偏转角度。
4.根据权利要求2所述的一种基于有限元模型的飞机双铰链舵面偏转方法，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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