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对症“冲动”!结构动力学分析系列柔件为飞机研制排忧郁解难

原标题:对症“冲动”!结构动力学分析系列柔件为飞机研制排忧郁解难

序文

飞机在研制和服役过程中清淡面临多多动载荷引首的结构动力学题目,如发动机产生的结构波动、非定常气流引首的抖振、平常着陆/答急坠撞产生的冲击等。据统计,飞机在操纵过程中展现的故障或事故70%以上是由动载荷环境引首,动载荷会对飞机产生诸多不幸影响,如直接导致结构失效进而引发飞机和乘员坦然题目;诱发飞机设备、体系发生功能性失灵或损坏,间接导致飞走故障或造成事故;凶化飞机乘坐环境,降矮乘员的安详性等。

飞机结构的动力学题目是困扰飞机研制及影响其服役坦然的关键题目,结构动力学分析柔件是解决飞机中各栽“动力学题目症结”的必备工具。本篇介绍由吾国航空工业自立研制的结构动力学分析“家族”中的四款柔件——飞机结构波动环境展望柔件、颤振实时分析柔件、首落架着陆和滑跑载荷分析柔件、飞机地面滑跑安详性分析柔件。

1、飞机结构波动环境展望柔件

(VEP柔件)

上世纪80年代,由原航空部主导,组建了以623所为牵头单位,由631所、629所(后并入623所)、601所、603所、西工大、北航、南航等单位构成的说相符钻研团队,启动了飞机结构波动环境展望柔件(VEP—Vibration Environment Prediction System of Aircraft Structures)的研制做事。钻研团队历时6年完善了柔件的研发。

VEP柔件是一个以结构动力学分析为主,集多栽分析功能的综相符性柔件体系,包含13万走FORTRAN代码程序,集成了结构固有波动特性分析、线性/非线性动力反答分析、着陆反答分析、滑跑反答分析等功能,后期又增补了鸟撞分析、动屈弯分析、结构炎反答分析等模块。同时,该柔件还拥有雄厚的元素库、原料库和载荷库,集成了那时较为先辈的20余栽线性/非线性单元,18类45栽原料模式。并遵命柔件工程化手段研制,柔件架构由用户模块、功能模块、数据管理、前后置处理等模块构成,不论柔件功能照样界面友谊性,都代外国内同时期先辈程度。

VEP柔件在运12飞机的风挡玻璃鸟撞分析、阵风反答分析、结构静力分析等方面获得了行使。并开展了歼8飞机炮击反答分析、平尾动反答分析、复相符原料结构动力特性分析等做事。此外,该柔件还进走了拓展行使,完善了航天周围某导弹发射筒强度分析,基于该柔件进走了金沙江大桥波动特性平分析内容,解决了其他军民走业工程周围的实际题目,产生了较大的军事收好和社会收好。

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图1 VEP柔件行使型号

VEP柔件行为国内较早一批自立化研制的结构分析柔件,在那时已具有较高的程度安代外性,在大型结构动力反答分析方面处于国内领先地位,同时动反答分析模块汲取了国内外那时最新的钻研收获,求解手段比Nastran更为雄厚。鉴于该柔件的技术创新,VEP柔件获得了1991年原航空航天部科技提高一等奖以及1992年国家科技提高二等奖。

图2 VEP柔件获奖证书

2、颤振实时分析柔件

(RTFAS柔件)

飞机的颤振隶属于气动弹性学科,是结构与气流相互作用而引发的流固耦相符题目,颤振对于飞机的飞走坦然有着至关主要的影响,颤振的分析验证在整个飞机设计过程中占有了很大一片面内容。1984年,原航空部动力环境课题组决定以623所VAX-730幼型机和SUN-386微机为平台,研制一款能够与地面波动试验相结相符的颤振分析柔件(RTFAS——Real Time Flutter Analysis System),以达到添速颤振验证进程的方针。

该柔件包含数万走代码,具备模型修整以及颤振实时分析功能,该柔件研发过程吸纳了国内外气动力算法先辈钻研收获,开发了基于偶极子格网法、片条理论以及活塞理论等气动力计算模块,并内置了分别的插值模型,已足多构型结构形势的插值需要。

该柔件的研发,成功向飞机动力学试验和设计分析一体化方面迈出了坚实一步,可在飞机地面波动试验现场行使试验效果对飞机颤振特性进走迅速分析,柔件经历了上百个算例考核验证,并在歼8、运8、运11改型、教8、教9等30多个型号研制中获得了行使。颤振实时分析柔件获得原航空部科技提高二等奖以及国家科技提高三等奖。

图3 颤振实时分析柔件获奖证书

“十·五”期间,为解决军机多外挂布局下的气动弹性题目,钻研团队在原颤振实时分析柔件基础上,研发了机翼多外挂布局动力学设计模块,在歼7风洞模型上进走了考核验证,将最高可用飞走速度挑高了30%。历经多年的赓续改进和发展,该柔件至今一向因袭,成为飞机颤振分析的一款利器。

3、首落架着陆和滑跑载荷分析柔件

(ALTLAS柔件)

飞机在着陆和滑跑过程中,首落架和飞机机身将承受厉肃的动载荷作用。如何准确展望飞机着陆和滑跑过程中产生的载荷并进走载荷优化设计,一向是飞机首落架研制中的主要课题。

“八·五”期间,常见问题623所依托国家重点预研课题“长寿命高郑重性首落架技术钻研”的声援,组建项现在团队,在汲取美国波音公司首落架动力学分析先辈算法基础上,构建了体系化的飞机首落架动力学分析理论体系,研制了国内首款可考虑机体弹性的全机着陆和滑跑载荷展望柔件“飞机着陆和滑跑载荷分析体系”ALTLAS(Aircraft Landing &Taxiing Loads Analysis System)。该柔件包含3万余走代码,具备支撑式、幼车式、摇臂式首落架着陆和滑跑载荷分析,及考虑机体弹性效答的飞机对称着陆和滑跑过程载荷分析功能,可已足那时国内大无数型号飞机首落架载荷设计与分析需要。

近20年来,623所基于拥有大量飞机型号首落架缓冲性能试验数据的专科上风,不息发展完善ALTLAS柔件的理论体系,进走ALTLAS柔件在首落架新结构建模、缓冲器参数识别等方面的优化和改进开发,现在柔件可完善包含车架式、多轮多支撑式等各类首落架的着陆和滑跑载荷分析、多现在标优化等计算功能。

ALTLAS柔件行为国内首款自立知识产权的首落架动力学分析柔件,解决了新舟60、运12等20余型军用飞机和无人机的首落架着陆和滑跑载荷计算题目,鉴于该柔件在多型首落架研制中扮演的不能替代作用,先后5次获得航空工业集团公司、国防科工局的科技收获奖励。现在,ALTLAS柔件照样是国内飞机主机单位进走首落架动力学性能设计的一款实用仿真分析工具,能够意料的是后续钻研团队将随着需要的升迁不息进走柔件的功能扩充与算法升级,使得该柔件发挥出更大的工程行使价值。

图4 飞机着陆和滑跑载荷分析柔件

4、飞机地面滑跑安详性分析柔件

(ALGSVL柔件)

飞机地面滑跑安详性主要包括首落架摆振安详性、倾向安详性及操纵安详性三个方面内容。其中,首落架摆振安详性是飞机研制必须偏重考虑的因素和难点之一,其直接影响着飞机地面滑跑的安详性和坦然性。“九·五”期间,623所在中俄配相符项现在“考虑机体弹性的摆振技术”钻研收获基础上,机关有关团队经过消化汲取、改进完善摆振分析理论,结相符国内首落架设计需乞降试验经验,基于Visual Basic设计说话开发了“考虑机体弹性的前首落架摆振分析柔件”(LGSA623)1.0微机版。

进入21世纪后,在原有柔件基础上,有关做事人员又进走了摆振非线性分析和优化算法改进,增补了非线性摆振分析模块、倾向安详性分析模块及操纵安详性分析等功能模块,该柔件演进为“飞机首落架地面滑跑安详性分析柔件”(ALGSVL2.0)。采用POWELL优化算法,对其体系动力学方程组动力学系数矩阵复特征值进走添速求解与优化,极大的挑高了计算精度和效果。

图5 ALGSVL2.0柔件主界面

该柔件自从研制成功后,已用于AG600、AC500,以及多型军用飞机和无人机的首落架摆振分析。如在AC500飞机前首落架防摆设计中,根据柔件分析效果,给出了机体结构改进设计偏见,已足了飞机首落架防摆设计请求;在某型无人机前首落架防摆设计中,经太甚析改进了前首落架结构,降矮体系临界阻尼值30%。该柔件历经数十个型号首落架摆振分析的算例考核,并经过摆振试验对比验证,具有分析精度高、效果高效等特点,为多型国家重点飞机型号的研制首到了肯定的推行为用。

终结语

在近四十年的发展历程中,由623所牵头研发的四款结构动力学分析柔件在多个飞机型号研制中获得了成功行使,针对飞机结构的分别类型动力学题目,总能“有的放矢”,找到解决题目的良方,尤其,诸如颤振实时计算、首落架着陆缓冲性能计算等多个独具特色的功能模块,至今在走业内也颇有影响力。

近年来受到国外商用柔件的冲击,国产结构动力学分析柔件的推广行使情况虽不甚理想,但623所仍立足于飞机型号研制需要,首终锲而不舍的进走国产柔件的研发做事,并保留了一支相对安详的结构动力学柔件研发队伍,随着吾国越来越偏重发展国产工业柔件,前期系列国产柔件研发形成的技术积累和传承,势必会为后续结构动力学分析柔件研发打下坚实基础。

《国产结构分析柔件发展战略钻研》下期将发外“国产结构分析柔件发展历程军工篇(四)”。

敬请憧憬!

编审:武 晨

监制:王 兰

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