CN112722317A - 一种民用固定翼飞机系留方案快速设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种民用固定翼飞机系留方案快速设计方法，首先对飞机简化分析后确定飞机各部件的刚度和几何尺寸；然后确定系留点位置，在地锚点允许存在区域均匀排布地锚点；将飞机的气动载荷根据静力平衡原理分配到三个子结构，再利用有限元法求得起落架所受地面支反力，判断系留绳拉力是否为负，若为负，则强制将该系留绳设为不受力，重新计算支反力，直到所有系留绳都受拉力或不受力；接下来判断地面摩擦力限制条件和系留绳支反力限制条件，从而判断地锚点位置是否安全；计算完所有地锚点位置，输出地锚点安全区域。该方法能够减小计算量，减少计算耗时，并在系留点确定的情况下给出地锚点的安全区域，缩减民用飞机系留方案的设计与校核时间。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种系留方案快速设计方法。
背景技术
大风天气情况下，需要对无法转场或进机库的民用飞机进行系留操作来固定飞机，使飞机不发生滑动、倾翻、后仰，维持原位置不变。系留操作一般方式是把停机坪上的地锚点和飞机机体或起落架上的系留点用系留绳连接起来。因此需要计算大风天气下飞机系留点和系留绳所受载荷并进行校核，确定系留点和地锚点安全位置。
目前计算系留载荷的方法主要有矩阵力法和矩阵位移法(孙淑苓，田石鳞，黄蓝.舰载直升机系留载荷及全机应力计算方法研究[J].航空学报，1989，10(10)：489-494.)、依据能量原理的迭代方法(李进军，刘土光，夏鸿飞.舰载直升机系留计算分析[J].华中理工大学学报，1996，24(8)：94-96.)和有限元法(徐春雨，章仕彪.基于非线性静力学模型的飞机系留载荷计算方法研究[J].民用飞机设计与研究，2011(3)：14-16；顾伟彬,金秀芬,马建.大型固定翼民用飞机系留载荷非线性计算分析[J].应用力学学报,2014,31(04):496-501+2；)，其中矩阵力法、矩阵位移法、依据能量原理的迭代方法主要针对舰载直升机的系留载荷的计算。民用固定翼飞机系留载荷的计算主要使用的有限元法，其主要步骤为建立CAD模型模拟系留状态下飞机结构，绘制网格，通过大型非线性有限元软件进行计算分析得到系留载荷。但是现有的有限元法，每一种型号的飞机都要建立相应的CAD模型并绘制相应的网格而且计算量大、计算耗时长，而且在系留点位置确定的条件下无法直接给出地锚点安全区域。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种民用固定翼飞机系留方案快速设计方法，首先对飞机简化分析后确定飞机各部件的刚度和几何尺寸；然后确定系留点位置，在地锚点允许存在区域均匀排布地锚点；将飞机的气动载荷根据静力平衡原理分配到三个子结构，再利用有限元法求得起落架所受地面支反力，判断系留绳拉力是否为负，若为负，则强制将该系留绳设为不受力，重新计算支反力，直到所有系留绳都受拉力或不受力；接下来判断地面摩擦力限制条件和系留绳支反力限制条件，从而判断地锚点位置是否安全；计算完所有地锚点位置，输出地锚点安全区域。该方法能够减小计算量，减少计算耗时，并在系留点确定的情况下给出地锚点的安全区域，缩减民用飞机系留方案的设计与校核时间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
步骤1：对飞机结构进行简化分析：将机身和机翼根部位置视为整体刚性梁，机翼和起落架视为刚度不同的梁，系留绳视为只能承受拉力的杆，起落架与机身连接方式视为固支，起落架与地面的支撑视为无位移约束；
步骤2：根据飞机型号确定重力作用下简化分析后飞机各部件的刚度和几何尺寸；
步骤3：在飞机上设定系留点，固定系留点位置；设定候选地锚点位置数量，在划定的允许地锚点存在的地面区域均匀排布候选地锚点位置；对候选地锚点位置编号，选择第一个候选地锚点位置；
步骤4：根据静力平衡原理将集中作用于飞机机身的气动载荷分解到三个子结构：三个子结构分别为前起落架与系留绳组成的子结构，左侧主起落架、左机翼和系留绳组成的子结构，右侧主起落架、右机翼和系留绳组成的子结构；
步骤5：利用有限元法计算每个子结构中起落架所受地面支反力、系留绳所受载荷、系留点所受载荷；
步骤6：判断任一系留绳受力是否为负，若为负则将该系留绳强制设为不受力，重新进行步骤5，直到所有系留绳承受拉力或不受力；
步骤7：若同时满足以下三个条件，则该候选地锚点位置为安全位置：
(1)起落架所受地面支反力的水平分力小于摩擦系数取0.2时起落架轮胎与地面的最大静摩擦力；
(2)系留绳所受载荷小于系留绳最大额定载荷；
(3)系留点所受载荷小于系留点结构受载的极限载荷；
步骤8：按编号顺序选择下一个候选地锚点位置，重复步骤4到步骤7，直至计算完所有候选地锚点位置，找到所有安全位置构成地锚点安全区域。
本发明的有益效果如下：
1、对飞机结构进行简化分析后，针对不同型号的飞机，只需要提供简化分析提炼出的各部件的刚度数据和几何尺寸便可完成系留载荷计算，不再需要构建CAD模型、绘制网格，而且减少了计算量不再需要大型非线性有限元计算软件进行计算。
2、添加了限制条件判断部分，可以在系留点位置确定的条件下判断地锚点位置是否安全，从而确定地锚点安全区域。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为飞机结构简化分析图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示一种民用固定翼飞机系留方案快速设计方法，包括以下步骤：
步骤1：对飞机结构进行简化分析：将机身和机翼根部位置视为整体刚性梁，机翼和起落架视为刚度不同的梁，系留绳视为只能承受拉力的杆，起落架与机身连接方式视为固支，起落架与地面的支撑视为无位移约束；
步骤2：根据飞机型号确定重力作用下简化分析后飞机各部件的刚度和几何尺寸；
步骤3：在飞机上设定系留点，固定系留点位置；设定候选地锚点位置数量，在划定的允许地锚点存在的地面区域均匀排布候选地锚点位置；对候选地锚点位置编号，选择第一个候选地锚点位置；
步骤4：根据静力平衡原理将集中作用于飞机机身的气动载荷分解到三个子结构：三个子结构分别为前起落架与系留绳组成的子结构，左侧主起落架、左机翼和系留绳组成的子结构，右侧主起落架、右机翼和系留绳组成的子结构；
步骤5：利用有限元法计算每个子结构中起落架所受地面支反力、系留绳所受载荷、系留点所受载荷；
步骤6：判断任一系留绳受力是否为负，若为负则将该系留绳强制设为不受力，重新进行步骤5，直到所有系留绳承受拉力或不受力；
步骤7：若同时满足以下三个条件，则该候选地锚点位置为安全位置：
(1)起落架所受地面支反力的水平分力小于摩擦系数取0.2时起落架轮胎与地面的最大静摩擦力；
(2)系留绳所受载荷小于系留绳最大额定载荷；
(3)系留点所受载荷小于系留点结构受载的极限载荷；
步骤8：按编号顺序选择下一个候选地锚点位置，重复步骤4到步骤7，直至计算完所有候选地锚点位置，找到所有安全位置构成地锚点安全区域。
具体实施例：
如图2所示为飞机结构简化分析图，图中A、B、C三点为起落架与机身、机翼连接点，L、M、N三点为系留点，D1至D6六点为地锚点，R、S、T三点为起落架与地面接触点。AO、BO和OC段视为刚体，AL D1 D2 R、B M D3 D4 S、C N D5 D6 T为三个子结构。
使用该方法计算系留载荷确定安全系留方案时，首先确定需要进行系留操作的飞机型号，获取重力作用下简化分析后飞机各部件的刚度和几何尺寸。然后确定系留点位置，确定地锚点允许存在区域并均匀排布相应数量的地锚点位置，对划分的地锚点位置进行排序，按序号选择一个地锚点位置。其次读取其中到一点上的气动载荷，根据静力平衡原理分配到A、B、C三点，再利用有限元法求得D1至D6六点的支反力和R、S、T三点支反力，其中D1至D6六点的支反力即为系留绳载荷。判断系留绳是否拉力是否为负，若不是，则强制将该系留绳设为不受力，重新计算D1至D6六点的支反力和R、S、T三点支反力，直到所有系留绳都受拉力或不受力。此时已计算出系留载荷。接下来判断地面摩擦力限制条件和系留绳支反力限制条件，从而判断地锚点位置是否安全。按序号计算完所有地锚点位置，输出地锚点安全区域。
Claims (1)
1.一种民用固定翼飞机系留方案快速设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对飞机结构进行简化分析：将机身和机翼根部位置视为整体刚性梁，机翼和起落架视为刚度不同的梁，系留绳视为只能承受拉力的杆，起落架与机身连接方式视为固支，起落架与地面的支撑视为无位移约束；
步骤2：根据飞机型号确定重力作用下简化分析后飞机各部件的刚度和几何尺寸；
步骤3：在飞机上设定系留点，固定系留点位置；设定候选地锚点位置数量，在划定的允许地锚点存在的地面区域均匀排布候选地锚点位置；对候选地锚点位置编号，选择第一个候选地锚点位置；
步骤4：根据静力平衡原理将集中作用于飞机机身的气动载荷分解到三个子结构：三个子结构分别为前起落架与系留绳组成的子结构，左侧主起落架、左机翼和系留绳组成的子结构，右侧主起落架、右机翼和系留绳组成的子结构；
步骤5：利用有限元法计算每个子结构中起落架所受地面支反力、系留绳所受载荷、系留点所受载荷；
步骤6：判断任一系留绳受力是否为负，若为负则将该系留绳强制设为不受力，重新进行步骤5，直到所有系留绳承受拉力或不受力；
步骤7：若同时满足以下三个条件，则该候选地锚点位置为安全位置：
(1)起落架所受地面支反力的水平分力小于摩擦系数取0.2时起落架轮胎与地面的最大静摩擦力；
(2)系留绳所受载荷小于系留绳最大额定载荷；
(3)系留点所受载荷小于系留点结构受载的极限载荷；
步骤8：按编号顺序选择下一个候选地锚点位置，重复步骤4到步骤7，直至计算完所有候选地锚点位置，找到所有安全位置构成地锚点安全区域。
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| CN (1) | CN112722317A (zh) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20020054163A (ko) * | 2000-12-27 | 2002-07-06 | 장근호 | 항공기 전기체 구조시험용 위치자세 제어장치 |
| CN104778336A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-07-15 | 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 | 一种飞机系留载荷计算方法 |
| CN109145419A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-04 | 中国舰船研究设计中心 | 基于悬链线模型的船载飞机系留载荷计算方法及其装置 |
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| Title |
|---|
| 张沈瞳: "民用飞机顶升系留载荷第２５．５１９条款要求及符合性验证研究", 《武汉理工大学学报》 * |
| 韩晋平等: "飞机系留载荷计算方法研讨", 《教练机》 * |
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