CN110750890A - 水陆两栖飞机着水静力试验载荷计算方法 - Google Patents

水陆两栖飞机着水静力试验载荷计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水陆两栖飞机着水静力试验载荷加载技术，具体涉及一种水陆两栖飞机的着水试验载荷的计算方法。本发明通过满足适航规章条款的要求的着水总载荷和作用点以及分布着水压力，构建几何外形和压力分布的分段线性函数，依此求出得到着水区域内的着水总载荷和作用点。然后根据着水区域内的压力分段函数和几何外形函数，求解得到各框上的垂向载荷，再根据船体压力分布的可以计算得到船体的侧向水载荷。本发明将水陆两栖飞机着水时水载荷的面压力转换为静力试验能直接施加的集中力，实现对船体复杂外形的曲面压力水载荷模拟，解决复杂船体着水面载荷很难施加的技术难题，为水陆两栖飞机静强度试验的校核提供依据。

Description

水陆两栖飞机着水静力试验载荷计算方法
技术领域
本发明涉及飞机静力试验加载技术，具体涉及一种水陆两栖飞机着水静力试验着水载荷的计算方法。
背景技术
水陆两栖飞机在着水过程中，由于水面载荷的撞击会对机体结构产生较大的变形，为考验着水撞击的瞬间飞机的机体结构是否安全，就必须进行静力试验着水情况的验证。静力试验着水情况中着水试验载荷的计算和施加是静力试验实施的关键。
然而水陆两栖飞机的下部船底外形复杂，同时有别于普通船底，由于其速度快，因此结构强度要求更高，着水过载大，因此对其复杂船体着水面载荷施加模拟一直是技术难题。现有公开资料中很难获取有关水陆两栖飞机的有关静力试验的相关资料。
发明内容
本发明的目的是：提供一种水陆两栖飞机着水静力试验着水载荷计算方法，为静力试验着水情况提供水载荷的加载依据，为静力试验能准确反映飞机机体结构受载提供参考。
本发明的技术方案是：一种水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，通过满足适航要求的着水总载荷和作用点以及分布着水压力，构建几何外形和压力分布的分段函数，依此求出满足着水区域内的着水总载荷和作用点，然后根据着水区域内的压力分段函数和几何外形函数，求解得到各框上的垂向载荷，再根据船体压力分布计算得到船体的侧向水载荷。
所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其包括如下步骤：
步骤一、依据适航规章条款计算水陆两栖飞机着水时的总载荷和作用点以及船体的压力分布；
步骤二、依船体外形和各站位处的压力分布构建船体外形和着水的分段压力分布函数；
步骤三、依据步骤一适航规章给出的总载荷和作用点以及步骤二种构建的几何外形和压力分布的分段线性函数，建立着水区域起始点的两未知参数方程。
步骤四、采用二分法迭代求解出着水区域的起始点纵向坐标和着水区域长度
步骤五、依据步骤四求解得到的着水区域，采用步骤二中构建的压力分布分段线性函数，通过曲面积分得到着水区域内相邻两框之间的着水总合力和压心；
步骤六、根据相邻两框之间的着水总合力和作用点坐标按照杠杆比的原理即可求得到左右两框上的垂向载荷
步骤七、根据相邻每个框上的垂向载荷，即可求出侧向载荷。
所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其步骤二中，依船体外形和各站位处的压力分布构建船体外形和着水的分段压力分布函数：
船体几何外形分段函数为：b(x)＝k3x+c3
着水的分段压力分布函数为：p(x)＝kx+c
其中，x为站位处位置，xi≤x≤xi+1(i＝1,2,…n)，p(x)分布压力，b为站位处舭宽，k，k3，c，c3均为各站位处线性系数。
所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其步骤三中的着水区域起始点的两未知参数方程：
其中，β(x)每个框的斜撑角、Fz着水总的合力、xc为压心，a，b分别为着水区域的起点和终点。
所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，所述船底框各站位处的斜撑角β(x)为根据船底几何外形随站位位置变化。
所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其步骤五中得到着水区域内相邻两框之间的着水总合力和压心如下：
Figure BDA0002231274760000022
fz，xf分别为第i框的站位为xi、第i+1框的站位为xi+1则两相邻框之间的合力和压心。
所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其步骤六中的左右两框的垂向载荷分别为：
第i框的垂向载荷为：
Figure BDA0002231274760000023
第i+1框的垂向载荷
Figure BDA0002231274760000024
所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其侧向水载荷fyi＝tan(βi)与垂向载荷fzi的乘积。
本发明的有益效果：本发明通过满足适航规章条款要求的水载荷的压力分布、载荷大小以及作用点来将水载荷的面压力转换成试验可以实施的集中载荷，将水陆两栖飞机着水时水载荷的面压力转换为静力试验能直接施加的集中力，实现了对船体复杂外形的曲面压力水载荷模拟解决复杂船体着水面载荷很难施加的技术难题，为水陆两栖飞机静强度试验的校核提供依据。
附图说明
图1是本发明水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法流程图；
图2是本发明示例船体外形投影图；
图3是本发明示例着水载荷船底框水压力分布。
具体实施方式
这里将通过示例详细地对实施步骤进行说明，其示例流程表示在附图中。下面描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
本发明水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，通过满足适航要求的着水总载荷和作用点以及分布着水压力，构建几何外形和压力分布的分段函数，依此求出满足着水区域内的着水总载荷和作用点，然后根据着水区域内的压力分段函数和几何外形函数，求解得到各框上的垂向载荷，再根据船体压力分布计算得到船体的侧向水载荷，从而将水陆两栖飞机着水时水载荷的面压力转换为静力试验能直接施加的集中力，实现对船体复杂外形的曲面压力水载荷模拟，解决了复杂船体着水面载荷很难施加的技术难题。
如图1所示，本发明水陆两栖飞机着水静力试验载荷计算方法中，用于验证水陆两栖飞机着水的机体结构强度，包括如下步骤：
步骤一、根据水陆两栖飞机适航规章确定水载荷的总合力和合力作用点，以及水陆两栖飞机船体的水压力
步骤二、根据适航规章要求计算得到的船体各机身框的水压力，构建船体水压力分布的分段线性函数：
已知船体各站位处离散点的分布压力，可将其给出的分布压力p看作关于站位x的分段线性函数即：
p＝kx+c
已知各个站位处的舭宽b，则同样将舭宽看作站位x的分段线性函数，即
b(x)＝k3x+c3
其中：xi≤x≤xi+1(i＝1,2,…n)
k、c、k3、c3均为分段线性系数。此时将作用在船底的区域看作若干个小的矩形，如图2所示：
步骤三、根据构建的纵向站位几何外形分段函数和船体压力分段函数，满足适航规章要求的总合力和作用点时建立关于着水区域起始点纵向站位坐标的两未知数的平衡方程。
Figure BDA0002231274760000041
β每个框的斜撑角、Fz为着水水总的合力、xc为压心。
步骤四、通过二分法迭代求出着水区域的起点纵向站位xa和终点站位xb。
步骤五、根据求解得到的纵向起始站位，在船体相邻机身框之间利用船体压力分段函数和几何外形分段函数通过分段积分求出相邻两框之间的垂向载荷和合力作用点。
Figure BDA0002231274760000042
xi为第i框的站位为、xi+1为第i+1框的站位。
步骤六、由相邻两框区间的水载荷合力和作用点按照杠杆比分配的原则，求解得到船体框上垂向载荷
第i框的垂向载荷为：
Figure BDA0002231274760000043
第i+1框的垂向载荷
步骤七、如图3所示，根据框上的垂向载荷按照各框的水动压力分布即可求出各框的侧向载荷，即侧向水载荷fyi＝tan(βi)与垂向载荷fzi的乘积。
以上所述，仅为本发明的具体计算过程，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，且说明书未详尽部分为常规技术。

Claims (8)

1.一种水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其特征在于：通过满足适航要求的着水总载荷和作用点以及分布着水压力，构建几何外形和压力分布的分段函数，依此求出满足着水区域内的着水总载荷和作用点，然后根据着水区域内的压力分段函数和几何外形函数，求解得到各框上的垂向载荷，再根据船体压力分布计算得到船体的侧向水载荷。
2.根据权利要求1所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤一、依据适航规章条款计算水陆两栖飞机着水时的总载荷和作用点以及船体的压力分布；
步骤二、依船体外形和各站位处的压力分布构建船体外形和着水的分段压力分布函数；
步骤三、依据步骤一适航规章给出的总载荷和作用点以及步骤二种构建的几何外形和压力分布的分段线性函数，建立着水区域起始点的两未知参数方程。
步骤四、采用二分法迭代求解出着水区域的起始点纵向坐标和着水区域长度
步骤五、依据步骤四求解得到的着水区域，采用步骤二中构建的压力分布分段线性函数，通过曲面积分得到着水区域内相邻两框之间的着水总合力和压心；
步骤六、根据相邻两框之间的着水总合力和作用点坐标按照杠杆比的原理即可求得到左右两框上的垂向载荷
步骤七、根据相邻每个框上的垂向载荷，即可求出侧向载荷。
3.根据权利要求2所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其特征在于：
步骤二中，依船体外形和各站位处的压力分布构建船体外形和着水的分段压力分布函数：
船体几何外形分段函数为：b(x)＝k3x+c3
着水的分段压力分布函数为：p(x)＝kx+c
其中，x为站位处位置，xi≤x≤xi+1(i＝1,2,…n)，p(x)分布压力，b为站位处舭宽，k，k3，c，c3均为各站位处线性系数。
4.根据权利要求3所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其特征在于：
步骤三中的着水区域起始点的两未知参数方程：
Figure FDA0002231274750000011
其中，β(x)每个框的斜撑角、Fz着水总的合力、xc为压心，a，b分别为着水区域的起点和终点。
5.根据权利要求4所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其特征在于：所述船底框各站位处的斜撑角β(x)为根据船底几何外形随站位位置变化。
6.根据权利要求4所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其特征在于：
步骤五中得到着水区域内相邻两框之间的着水总合力和压心如下：
Figure FDA0002231274750000021
fz，xf分别为第i框的站位为xi、第i+1框的站位为xi+1则两相邻框之间的合力和压心。
7.根据权利要求6所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其特征在于：
步骤六中的左右两框的垂向载荷分别为：
第i框的垂向载荷为：
Figure FDA0002231274750000022
第i+1框的垂向载荷
Figure FDA0002231274750000023
8.根据权利要求7所述的水陆两栖飞机静力试验着水载荷计算方法，其特征在于：侧向水载荷fyi＝tan(βi)与垂向载荷fzi的乘积。
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