CN110705141A - 用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，包括：根据飞机重心载荷谱确定飞行科目及相应飞行科目下的飞机重心过载谱及飞行参数；根据发动机地面试车曲线确定外置飞机附件机匣的地面使用科目；根据外置飞机附件机匣的工作特点及典型飞行科目下的外置飞机附件机匣载荷因素，确定外置飞机附件机匣重心处的空中飞行载荷谱；根据外置飞机附件机匣的工作特点及地面使用科目下的外置飞机附件机匣载荷因素，确定外置飞机附件机匣重心处的地面试车载荷谱；根据外置飞机附件机匣安装结构的传力特性，通过有限元方法计算外置飞机附件机匣固定装置的空中飞行和地面试车疲劳载荷谱。本申请的方法可以提高疲劳载荷谱的计算精准度。

Description

用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法
技术领域
本申请属于飞机结构设计技术领域，特别涉及一种用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法。
背景技术
如图1所示，外置飞机附件机匣2用于供飞机上的附件安装和固定使用，其上安装有液压泵3、燃油泵4、发电机5、燃气涡轮起动机6。在发动机1地面起动时，将燃气涡轮起动机6的动力通过柔性转轴8传递给发动机附件机匣7，在发动机1工作时，将发动机功率传递给飞机附件。外置飞机附件机匣2为飞机提供第二动力来源，其功能十分重要。外置飞机附件机匣固定装置10用于将外置飞机附件机匣2固定到飞机固定框9闪，外置飞机附件机匣固定装置10的使用寿命直接影响到飞机的飞行安全。飞机飞行时，载荷时间历程非常复杂，且外置飞机附件机匣2工作时载荷因素多，涉及到外置飞机附件机匣2及其上附件的惯性力、液压泵3工作时对外置飞机附件机匣2的作用力、燃油泵工作时对外置附件机匣2的作用力、发动机1与发动机附件机匣7连接柔性转轴8对外置飞机附件机匣2的作用力的组合，因此外置飞机附件机匣2的载荷谱编制是一项多参数统计和概率组合的复杂的设计工作。
鉴于上述原因，需要一种方法以更准确的确定对外置飞机附件机匣固定装置10的疲劳载荷谱。
发明内容
本申请的目的是提供了一种用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，包括：
根据飞机重心载荷谱确定飞行科目及相应飞行科目下的飞机重心过载谱及飞行参数；
根据发动机地面试车曲线确定外置飞机附件机匣的地面使用科目；
根据外置飞机附件机匣的工作特点及典型飞行科目下的外置飞机附件机匣载荷因素，确定外置飞机附件机匣重心处的空中飞行载荷谱；
根据外置飞机附件机匣的工作特点及地面使用科目下的外置飞机附件机匣载荷因素，确定外置飞机附件机匣重心处的地面试车载荷谱；
根据外置飞机附件机匣安装结构的传力特性，通过有限元方法计算外置飞机附件机匣固定装置的空中飞行和地面试车疲劳载荷谱。
在本申请中，所述飞行参数包括角速度、角加速度、高度、速度、发动机转速，所述飞行参数能够影响到外置飞机附件机匣固定装置的载荷。
在本申请中，所述发动机地面试车曲线为变化曲线，所述变化曲线为慢车、最大、慢车、最大、进场、最大、进场、全加力、进场、全加力、慢车、巡航、进场、慢车的幅值循环变化状态。
在本申请中，所述飞行科目包括航线起落、转场、航行、仪表、编队、特技、截击、对地攻击和空战。
在本申请中，空中飞行时，所述外置飞机附件机匣载荷因素包括：液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、发动机与外置飞机附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力和外置飞机附件机匣及安装其上附件的惯性力。
在本申请中于，所述确定外置飞机附件机匣重心处的空中飞行载荷谱，包括：
根据外置飞机附件机匣及安装其上附件的重量与过载相乘得到外置飞机附件机匣重心处惯性力载荷谱；
根据空中飞行时液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力和发动机与外置飞机附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力得到相应的液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱和柔性转轴扭矩谱；
按时间历程组合所述外置飞机附件机匣重心处的惯性力载荷谱、液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱和柔性转轴扭矩谱得到外置飞机附件机匣重心处的空中飞行载荷谱。
在本申请中，地面使用时，所述外置飞机附件机匣载荷因素包括：液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、发动机与附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力和外置飞机附件机匣及安装其上附件的重力。
在本申请中，所述确定外置飞机附件机匣重心处的地面试车载荷谱，包括：
根据地面使用时液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、发动机与附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力得到相应的液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱和柔性转轴载荷谱；
按时间历程组合所述外置飞机附件机匣重心处的重力、液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱和柔性转轴扭矩谱得到外置飞机附件机匣重心处的地面试车载荷谱。
在本申请中，在有限元方法计算过程中，将外置飞机附件机匣简化为壳元，拉杆采用杆元模拟，载荷施加于外置飞机附加机匣的重心处。
在本申请中，所述有限元方法所使用的软件包括Abaqus、Ansys和Catia。
本申请的方法根据飞机的使用要求并结合外置飞机附件机匣的工作特点，建立了一种可以提高计算精准度的疲劳载荷谱计算方法，可以为外置飞机附件机匣固定装置的使用寿命计算分析和疲劳试验提供了设计输入。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术中的外置飞机附件机匣结构及功能示意图。
图2为本申请的外置飞机附件机匣固定结构疲劳载荷谱确定方法流程图。
图3为空中飞行科目下的外置飞机附件机匣固定结构中水平固定拉杆的载荷谱示意。
附图标记
1—发动机
2—外置飞机附件机匣
3—液压泵
4—燃油泵
5—发电机
6—燃气涡轮起动机
7—发动机附件机匣
8—柔性转轴
9—飞机固定框
10—外置飞机附件机匣固定装置。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
如图2所示，本申请的外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱计算方法包括如下步骤：
S1、根据飞机重心载荷谱可确定典型的飞行科目及相应的飞机重心过载谱。
飞行参数包括过载、角速度、角加速度、高度、速度、发动机转速等，上述飞行参数会影响到外置飞机附件机匣固定装置的载荷，如图3所示，根据飞机重心载荷谱确定典型的飞行科目及典型飞行科目下飞机的重心过载谱及角速度、角加速度、高度、速度、发动机转速等飞行参数。
根据实测飞机重心载荷谱，确定了多种飞行科目。在本申请一实施例中，飞行科目为9种，其分别为航线起落、转场、航行、仪表、编队、特技、截击、对地攻击、空战。通过实测数据，可得到飞机重心过载谱、角速度、角加速度、发动机转速参数。
S2、根据发动机地面试车曲线可确定外置飞机附件机匣的地面使用科目。
发动机地面试车时，试车曲线变化为慢车、最大、慢车、最大、进场、最大、进场、全加力、进场、全加力、慢车、巡航、进场、慢车的幅值循环变化状态，查看发动机技术说明书，结合地面试车曲线，可确定典型地面使用科目或相应地面使用科目下的发动机转速参数。
S3、根据外置飞机附件机匣的工作特点，以及典型飞行科目下的外置飞机附件机匣载荷因素，确定外置飞机附件机匣重心处的空中飞行载荷谱
外置飞机附件机匣通过柔性转轴与发动机连接，驱动外置飞机附件机匣上的液压泵、燃油泵、发电机工作，实现发动机的功率输出。结合其工作过程，空中飞行时，外置飞机附件机匣载荷因素包括液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、发动机与外置飞机附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力和外置飞机附件机匣及安装其上附件(液压泵、燃油泵、发电机、燃气涡轮起动机等)的惯性力。
将外置飞机附件机匣及其上附件的重量与过载相乘，可得到外置飞机附件机匣重心处惯性力的载荷谱，依据发动机转速及外置飞机附件机匣的技术说明书，可得到液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力载荷谱、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力载荷谱、发动机与外置飞机附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力载荷谱，将外置飞机附件机匣重心处的惯性力谱、液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱、柔性转轴扭矩谱按时间历程组合，可得到空中飞行时外置飞机附件机匣重心载荷谱。
S4、根据外置飞机附件机匣的工作特点，以及地面使用科目下的外置飞机附件机匣载荷因素，确定外置飞机附件机匣重心处的地面试车载荷谱
同样的，由于外置飞机附件机匣通过柔性转轴与发动机连接，驱动附件机匣上的液压泵、燃油泵、发电机工作，实现发动机的功率输出。由于地面使用时飞机法向过载参数为1，结合工作过程，地面使用时，外置飞机附件机匣载荷因素包括液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、发动机与外置飞机附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力和外置飞机附件机匣及其上附件的重力。
依据发动机转速及外置飞机附件机匣的技术说明书，可得到液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力载荷谱、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力载荷谱、发动机与外置飞机附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力载荷谱，将外置飞机附件机匣重心处的液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱、柔性转轴扭矩谱与外置飞机附件机匣的重力按时间历程组合，可得到地面试车时外置飞机附件机匣重心载荷谱。
S5、根据外置飞机附件机匣安装结构传力特性，使用有限元方法计算外置飞机附件机匣固定装置的空中飞行和地面试车疲劳载荷谱。
外置飞机附件机匣安装结构由空间不共面的6个杆系组成，每个拉杆为外置飞机附件机匣提供一个固定的自由度，为静定结构。
采用有限元方法计算安装结构载荷。将外置飞机附件机匣简化为壳元，拉杆采用杆元模拟。将载荷施加于外置飞机附件机匣重心处，通过有限元计算，将空中飞行和地面试车重心载荷谱施加于外置飞机附件机匣重心处，可得到外置飞机附件机匣固定装置疲劳载荷谱。
其中，上述有限元方法所使用的软件可以是Abaqus、Ansys和Catia任一种，当然在实现上述功能的前提下，还可以为另外的有限元分析软件，例如Solidworks。
本申请的方法根据飞机的使用要求并结合外置飞机附件机匣的工作特点，建立了一种可以提高计算精准度的疲劳载荷谱计算方法，可以为外置飞机附件机匣固定装置的使用寿命计算分析和疲劳试验提供了设计输入。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，所述方法包括
根据飞机重心载荷谱确定飞行科目及相应飞行科目下的飞机重心过载谱及飞行参数；
根据发动机地面试车曲线确定外置飞机附件机匣的地面使用科目；
根据外置飞机附件机匣的工作特点及典型飞行科目下的外置飞机附件机匣载荷因素，确定外置飞机附件机匣重心处的空中飞行载荷谱；
根据外置飞机附件机匣的工作特点及地面使用科目下的外置飞机附件机匣载荷因素，确定外置飞机附件机匣重心处的地面试车载荷谱；
根据外置飞机附件机匣安装结构的传力特性，通过有限元方法计算外置飞机附件机匣固定装置的空中飞行和地面试车疲劳载荷谱。
2.如权利要求1所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，所述飞行参数包括角速度、角加速度、高度、速度、发动机转速，所述飞行参数能够影响到外置飞机附件机匣固定装置的载荷。
3.如权利要求1所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，所述发动机地面试车曲线为变化曲线，所述变化曲线为慢车、最大、慢车、最大、进场、最大、进场、全加力、进场、全加力、慢车、巡航、进场、慢车的幅值循环变化状态。
4.如权利要求1所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，所述飞行科目包括航线起落、转场、航行、仪表、编队、特技、截击、对地攻击和空战。
5.如权利要求1所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，空中飞行时，所述外置飞机附件机匣载荷因素包括：液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、发动机与外置飞机附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力和外置飞机附件机匣及安装其上附件的惯性力。
6.如权利要求5所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，所述确定外置飞机附件机匣重心处的空中飞行载荷谱，包括：
根据外置飞机附件机匣及安装其上附件的重量与过载相乘得到外置飞机附件机匣重心处惯性力载荷谱；
根据空中飞行时液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力和发动机与外置飞机附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力得到相应的液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱和柔性转轴扭矩谱；
按时间历程组合所述外置飞机附件机匣重心处的惯性力载荷谱、液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱和柔性转轴扭矩谱得到外置飞机附件机匣重心处的空中飞行载荷谱。
7.如权利要求1所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，地面使用时，所述外置飞机附件机匣载荷因素包括：液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、发动机与附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力和外置飞机附件机匣及安装其上附件的重力。
8.如权利要求7所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，所述确定外置飞机附件机匣重心处的地面试车载荷谱，包括
根据地面使用时液压泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、燃油泵工作时对外置飞机附件机匣的作用力、发动机与附件机匣连接的柔性转轴对外置飞机附件机匣的作用力得到相应的液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱和柔性转轴载荷谱；
按时间历程组合所述外置飞机附件机匣重心处的重力、液压泵载荷谱、燃油泵载荷谱和柔性转轴扭矩谱得到外置飞机附件机匣重心处的地面试车载荷谱。
9.如权利要求1所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，在有限元方法计算过程中，将外置飞机附件机匣简化为壳元，拉杆采用杆元模拟，载荷施加于外置飞机附加机匣的重心处。
10.如权利要求9所述的用于外置飞机附件机匣固定装置的疲劳载荷谱确定方法，其特征在于，所述有限元方法所使用的软件包括Abaqus、Ansys和Catia。
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