CN107526876B - 一种三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法 - Google Patents

一种三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，通过采用局部坐标系替换和关节特征点定义方法快速建立各襟翼不同构型下的有限元模型，实现了三缝富勒襟翼多姿态的有限元模型的快速转换，为三缝富勒襟翼的设计和强度分析提高了有效的解决方案，快速建立多姿态襟翼模型，既解决了手动难以建立大量襟翼姿态模型的问题，又实现了对襟翼的真实求解。

Description

一种三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法
技术领域
本发明属于飞机机翼设计领域，尤其涉及一种三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法。
背景技术
在机翼上安装襟翼可以增加机翼面积，提高机翼的升力系数。襟翼的种类很多，常用的有简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼和后退襟翼等等。一般的襟翼均位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。当襟翼下放时，升力增大，同时阻力也增大，因此一般用于起飞和着陆阶段，以便获得较大的升力，减少起飞和着陆滑跑距离。目前大多数战斗机为简单悬挂式单缝襟翼，某型飞机为双缝襟翼，但子翼相对主襟翼不运动，主襟翼运动原理为定轴转动。
某型飞机在设计时机翼后缘采用三缝富勒襟翼，三缝富勒襟翼较双缝襟翼更为复杂，性能也更为优越，三缝富勒襟翼的运动是后退和偏转的叠加运动，并不是简单的定轴转动，在空间三个方向都有位移的运动，襟翼运动机构随襟翼运动位置也在发生变化，因此襟翼运动轨迹设计极为复杂，手动建立各偏转角度下的有限元模型耗费时间较长。
发明内容
本发明的目的是提供一种三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，用于解决上述问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，其包括
步骤1：在初始状态以原始坐标系C0建立前襟翼、中襟翼、后襟翼的有限元模型，并依次建立各襟翼的参考坐标系C1、C2、C3，将各襟翼的有限元模型在原始坐标系C0下的坐标更改成参考坐标系C1、C2、C3的坐标；
步骤2：根据三缝富勒襟翼运动过程将各襟翼均运动到最终状态位置，并在原始坐标系C0下建立各襟翼的最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’；
步骤3：重复步骤2，将各襟翼运动到所需角度，得到所需角度下各襟翼的所需偏转坐标系C1”、C2”、C3”；
步骤4：在初始状态建立滑轨和滑轮架模型，在滑轨的圆心位置建立参考坐标系C4，将滑轮架模型的坐标系更改为参考坐标系C4，并在滑轮架模型上提取特征点；
步骤5：根据各襟翼的偏转角度，将参考坐标系C4进行偏转，得到偏转角度后的最终偏转坐标系C4’、所需偏转坐标系C4”；
步骤6：在各襟翼的最终状态偏转角度及所需偏转角度下，建立滑轮架的模型，
步骤7：将最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’、C4’和所需偏转坐标系C1”、C2”、C3”、C4”及最终状态偏转角度和所需偏转角度下滑轮架的特征点的坐标替换成初始状态参考坐标系C1、C2、C3、C4和初始状态滑轮架的特征点的坐标，即可得到不同姿态下的三缝富勒襟翼模型。
本发明优选实施例的是，步骤1中，建立各襟翼的参考坐标系时，参考坐标系C1、C2、C3的原点位置分别在前襟翼、中襟翼、后襟翼上，以及从前襟翼、中襟翼、后襟翼上提取特征点用于建立各襟翼的有限元模型。
本发明优选实施例的是，步骤2及步骤3中，通过所述特征点建立各襟翼的有限元模型，并以参考坐标系C1、C2、C3的原点位置建立最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’的原点及所需偏转坐标系C1”、C2”、C3”的原点。
本发明优选实施例的是，所需偏转角度的数量至少为一个。
本发明优选实施例的是，所需偏转角度包括15度和27度。
本发明的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法通过采用局部坐标系替换和关节特征点定义方法快速建立各襟翼不同构型下的有限元模型，实现了三缝富勒襟翼多姿态的有限元模型的快速转换，为三缝富勒襟翼的设计和强度分析提高了有效的解决方案，快速建立多姿态襟翼模型，既解决了手动难以建立大量襟翼姿态模型的问题，又实现了对襟翼的真实求解，通过在国家重大专项三缝襟翼多姿态模型分析计算中的应用，有效的解决了实际工程难题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明的建模方法中建立初始状态和最终状态的坐标系示意图。
图2为本发明的建模方法中建立运动机构的坐标系示意图。
图3为按照发明的方法建立的三缝富勒襟翼为初始状态(打开角度为0度)示意图。
图4为按照发明的方法建立的三缝富勒襟翼为所需的一个角度(打开角度为27度)示意图。
图5为按照发明的方法建立的三缝富勒襟翼为最终状态(打开角度为45度)示意图。
附图标记：
1-前襟翼，2-中襟翼，3-后襟翼，4-滑轨，5-滑轮架。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
实施例1
本发明的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，包括
步骤1：，如图1所示，在初始状态以原始坐标系C0建立前襟翼、中襟翼、后襟翼的有限元模型，并依次建立各襟翼的参考坐标系C1、C2、C3，将各襟翼的有限元模型在原始坐标系C0下的坐标更改成参考坐标系C1、C2、C3的坐标，其中，建立各襟翼的参考坐标系时，参考坐标系C1、C2、C3的原点位置分别在前襟翼、中襟翼、后襟翼上，以及从前襟翼、中襟翼、后襟翼上提取特征点用于建立各襟翼的有限元模型；
步骤2：根据三缝富勒襟翼运动过程将各襟翼均运动到最终状态位置，并在原始坐标系C0下建立各襟翼的最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’；
步骤3：重复步骤2，将各襟翼运动到所需偏转角度的15度角度，得到此角度下各襟翼的15度偏转坐标系C1”、C2”、C3”；
上述的步骤2及步骤3中，通过所述特征点建立各襟翼的有限元模型，并以参考坐标系C1、C2、C3的原点位置建立最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’的原点及15°偏转坐标系C1”、C2”、C3”的原点；
步骤4：如图2所示，在初始状态建立滑轨和滑轮架模型，滑轮架应为三个，分别与三个襟翼连接，用于引导襟翼运动，在滑轨的圆心位置建立参考坐标系C4，将滑轮架模型的坐标系更改为参考坐标系C4，并在滑轮架模型上提取特征点；
步骤5：根据各襟翼的偏转角度，将参考坐标系C4进行偏转，得到偏转角度后的最终偏转坐标系C4’和15°偏转坐标系C4”；
步骤6：在各襟翼的最终状态偏转角度及所需偏转角度下，建立滑轮架的模型；
步骤7：将最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’、C4’和15°偏转坐标系C1”、C2”、C3”、C4”及最终状态偏转角度和所需偏转角度下滑轮架的特征点的坐标替换成初始状态参考坐标系C1、C2、C3、C4和初始状态滑轮架的特征点的坐标，即可得到不同姿态下的三缝富勒襟翼模型。
实施例2
本发明的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，包括
步骤1：在初始状态以原始坐标系C0建立前襟翼、中襟翼、后襟翼的有限元模型，并依次建立各襟翼的参考坐标系C1、C2、C3，将各襟翼的有限元模型在原始坐标系C0下的坐标更改成参考坐标系C1、C2、C3的坐标，其中，建立各襟翼的参考坐标系时，参考坐标系C1、C2、C3的原点位置分别在前襟翼、中襟翼、后襟翼上，以及从前襟翼、中襟翼、后襟翼上提取特征点用于建立各襟翼的有限元模型；
步骤2：根据三缝富勒襟翼运动过程将各襟翼均运动到最终状态位置，并在原始坐标系C0下建立各襟翼的最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’；
步骤3：重复步骤2，将各襟翼运动到所需偏转角度的27度角度，得到此角度下各襟翼的27°偏转坐标系C1”、C2”、C3”；
上述的步骤2及步骤3中，通过所述特征点建立各襟翼的有限元模型，并以参考坐标系C1、C2、C3的原点位置建立最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’的原点及27°偏转坐标系C1”、C2”、C3”的原点；
步骤4：在初始状态建立滑轨和滑轮架模型，滑轮架应为三个，分别与三个襟翼连接，用于引导襟翼运动，在滑轨的圆心位置建立参考坐标系C4，将滑轮架模型的坐标系更改为参考坐标系C4，并在滑轮架模型上提取特征点；
步骤5：根据各襟翼的偏转角度，将参考坐标系C4进行偏转，得到偏转角度后的最终偏转坐标系C4’和27°偏转坐标系C4”；
步骤6：在各襟翼的最终状态偏转角度及所需偏转角度下，建立滑轮架的模型；
步骤7：将最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’、C4’和27°偏转坐标系C1”、C2”、C3”、C4”及最终状态偏转角度和所需偏转角度下滑轮架的特征点的坐标替换成初始状态参考坐标系C1、C2、C3、C4和初始状态滑轮架的特征点的坐标，即可得到不同姿态下的三缝富勒襟翼模型。
实施例3
本发明的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，包括
步骤1：在初始状态以原始坐标系C0建立前襟翼、中襟翼、后襟翼的有限元模型，并依次建立各襟翼的参考坐标系C1、C2、C3，将各襟翼的有限元模型在原始坐标系C0下的坐标更改成参考坐标系C1、C2、C3的坐标，其中，建立各襟翼的参考坐标系时，参考坐标系C1、C2、C3的原点位置分别在前襟翼、中襟翼、后襟翼上，以及从前襟翼、中襟翼、后襟翼上提取特征点用于建立各襟翼的有限元模型；
步骤2：根据三缝富勒襟翼运动过程将各襟翼均运动到最终状态位置，并在原始坐标系C0下建立各襟翼的最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’；
步骤3：重复步骤2，将各襟翼运动到所需偏转角度的15度和27度角度，分别得到各襟翼的15°偏转坐标系C1”、C2”、C3”和27°偏转坐标系C1”’、C2”’、C3”’；
上述的步骤2及步骤3中，通过所述特征点建立各襟翼的有限元模型，并以参考坐标系C1、C2、C3的原点位置建立最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’的原点及15°偏转坐标系C1”、C2”、C3”和27°偏转坐标系C1”’、C2”’、C3”’的原点；
步骤4：在初始状态建立滑轨和滑轮架模型，滑轮架应为三个，分别与三个襟翼连接，用于引导襟翼运动，在滑轨的圆心位置建立参考坐标系C4，将滑轮架模型的坐标系更改为参考坐标系C4，并在滑轮架模型上提取特征点；
步骤5：根据各襟翼的偏转角度，将参考坐标系C4进行偏转，得到偏转角度后的最终偏转坐标系C4’和15°偏转坐标系C4”、27°偏转坐标系C4”’；
步骤6：在各襟翼的最终状态偏转角度及所需偏转角度下，建立滑轮架的模型；
步骤7：将最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’、C4’和27°偏转坐标系C1”、C2”、C3”、C4”及最终状态偏转角度和所需偏转角度下滑轮架的特征点的坐标替换成初始状态参考坐标系C1、C2、C3、C4和初始状态滑轮架的特征点的坐标，即可得到不同姿态下的三缝富勒襟翼模型。
如图3至图5即为采用本发明的建模方法建立的三缝富勒襟翼在初始状态、所需偏转角度为27度和最终状态下的模型。
需要说明的是，本发明的实施例中15°和27°为三缝富勒襟翼运动过程中需要工作的两个重要角度，若实际工作中有更多角度，可适当增加。
本发明的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法通过采用局部坐标系替换和关节特征点定义方法快速建立各襟翼不同构型下的有限元模型，实现了三缝富勒襟翼多姿态的有限元模型的快速转换，为三缝富勒襟翼的设计和强度分析提高了有效的解决方案，快速建立多姿态襟翼模型，既解决了手动难以建立大量襟翼姿态模型的问题，又实现了对襟翼的真实求解，通过在国家重大专项三缝襟翼多姿态模型分析计算中的应用，有效的解决了实际工程难题。
以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，其特征在于，包括
步骤1：在初始状态以原始坐标系C0建立前襟翼、中襟翼、后襟翼的有限元模型，并依次建立各襟翼的参考坐标系C1、C2、C3，将各襟翼的有限元模型在原始坐标系C0下的坐标更改成参考坐标系C1、C2、C3的坐标；
步骤2：根据三缝富勒襟翼运动过程将各襟翼均运动到最终状态位置，并在原始坐标系C0下建立各襟翼的最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’；
步骤3：重复步骤2，将各襟翼运动到所需角度，得到所需角度下各襟翼的所需偏转坐标系C1”、C2”、C3”；
步骤4：在初始状态建立滑轨和滑轮架模型，在滑轨的圆心位置建立参考坐标系C4，将滑轮架模型的坐标系更改为参考坐标系C4，并在滑轮架模型上提取特征点；
步骤5：根据各襟翼的偏转角度，将参考坐标系C4进行偏转，得到偏转角度后的最终偏转坐标系C4’、所需偏转坐标系C4”；
步骤6：在各襟翼的最终状态偏转角度及所需偏转角度下，建立滑轮架的模型；
步骤7：将最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’、C4’和所需偏转坐标系C1”、C2”、C3”、C4”及最终状态偏转角度和所需偏转角度下滑轮架的特征点的坐标替换成初始状态参考坐标系C1、C2、C3、C4和初始状态滑轮架的特征点的坐标，即可得到不同姿态下的三缝富勒襟翼模型。
2.根据权利要求1所述的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，其特征在于，步骤1中，建立各襟翼的参考坐标系时，参考坐标系C1、C2、C3的原点位置分别在前襟翼、中襟翼、后襟翼上，以及从前襟翼、中襟翼、后襟翼上提取特征点用于建立各襟翼的有限元模型。
3.根据权利要求2所述的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，其特征在于，步骤2及步骤3中，通过所述特征点建立各襟翼的有限元模型，并以参考坐标系C1、C2、C3的原点位置建立最终偏转坐标系C1’、C2’、C3’的原点及所需偏转坐标系C1”、C2”、C3”的原点。
4.根据权利要求1所述的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，其特征在于，所需偏转角度的数量至少为一个。
5.根据权利要求4所述的三缝富勒襟翼多姿态快速建模方法，其特征在于，所需偏转角度包括15度和27度。
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