[發明專利]運輸類飛機貨物空投時貨艙地板載荷的確定方法

有效

• 申請號: 201310564115.9
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103577649A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 荊志偉;侯宗團
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 梁瑞林

1.運輸類飛機貨物空投時貨艙地板載荷的確定方法，其特征在于，確定貨艙地板載荷的步驟如下：

1.1、飛機空投貨物參數初始化：依據國軍標GJB67.2A-2008中的空投陣風準則進行飛機空投貨物參數初始化，需要初始化的空投貨物參數為：輸入飛機的有限元模型FEM、飛機的質量m_a、飛機飛行高度H、飛機飛行速度V、平均氣動弦長c、貨物的質量m_b、貨物在飛機貨艙內的初始裝載位置x₀、貨物的轉動慣量I_by、貨物在貨艙內運動的加速度a_b、模態數目k、離散陣風強度u_w、離散陣風尺度L_w；

1.2、飛機有限元模態分析:以上述飛機的有限元模型FEM、模態數目k為控制參數，采用Nastran軟件對飛機的有限元模型FEM進行模態分析，得到飛機的模態矩陣Φ、每階模態的振動圓頻率、廣義質量矩陣M_qq和廣義剛度矩陣K_qq，模態矩陣Φ包含飛機的剛體運動模態和彈性振動模態；

1.3、飛機非定常氣動力系數矩陣計算：以上述模態矩陣Φ、飛機飛行高度H、飛機飛行速度V、平均氣動弦長c、離散陣風強度u_w和離散陣風尺度L_w為輸入變量進行時域非定常氣動力系數矩陣計算，采用亞音速偶極子格網法進行計算得到結構振動引起的非定常氣動力系數矩陣Q_a，采用陣風混合建模方法進行計算得到陣風引起的激勵力系數矩陣Q_w；

1.4、飛機空投貨物動響應計算：

1.4.1、重構彈性飛機貨物空投動響應微分矩陣方程:在步驟1.1的12個參數、步驟1.2的模態矩陣Φ、每階模態的振動圓頻率、廣義質量矩陣M_qq和廣義剛度矩陣K_qq和步驟1.3的結構振動引起的非定常氣動力系數矩陣Q_a及陣風引起的激勵力系數矩陣Q_w的基礎上，重構彈性飛機貨物空投動響應微分矩陣方程：

(Mqq+ΦbzTmbΦbz)ξ··+[(∂Φbz∂x)TmbVb2aΦbz+ΦbzTmbVb2a∂Φbz∂x]ξ·+Kqqξ=Qaξ+Qwuw-ma0g-ΦbzTmbg---(1)]]>

其中，ξ為對應于模態矩陣Φ的廣義坐標位移，包含對應于飛機的剛體運動模態的廣義坐標位移和彈性振動模態的廣義坐標位移；為對應于模態矩陣Φ的廣義坐標速度，包含對應于飛機的剛體運動模態的廣義坐標速度和彈性振動模態的廣義坐標速度；為對應于模態矩陣Φ的廣義坐標加速度，包含對應于飛機的剛體運動模態的廣義坐標加速度和彈性振動模態的廣義坐標加速度；Φ_bz為貨物所處位置處的飛機模態矩陣分量；V_b2a為貨物在貨艙內相對飛機的運動速度，通過對貨物在貨艙內運動的加速度a_b的一次積分可以得到；x為貨物在貨艙內的移動距離，通過對貨物在貨艙內運動的加速度a_b的兩次積分可以得到；Q_aξ為飛機的結構振動引起的非定常氣動力；Q_wu_w為陣風引起的激勵力；g為重力加速度；ma0]]>為一個長度為k的列向量；

為利用Runge-Kutta法求解微分矩陣方程，將式(1)整理成一階微分矩陣方程：

x·ae=Aaexae+Bawuw+Bagmbg---(2)]]>

其中，A_ae為彈性飛機本體與非定常氣動力組成系統的狀態矩陣；B_aw為離散陣風對彈性飛機動響應的擾動矩陣；B_ag為由于貨物移動對飛機產生作用力的擾動矩陣；u_w為離散陣風強度；x_ae為狀態矢量：

xae=xaξξ·---(3)]]>

其中，x_a為非定常氣動力的滯后根項目，模擬從飛機翼面上脫落的渦;

1.4.2、求解飛機1g平飛時的廣義坐標位移ξ^Trim:飛機1g平飛時滿足以下條件：

1.4.2.1、廣義坐標加速度和廣義坐標速度均為零向量；

1.4.2.2、貨物相對飛機運動速度和位移均為0；

1.4.2.3、無離散陣風激勵力；

根據上述條件，飛機1g平飛時的廣義坐標位移ξ^Trim的計算如公式(4)所示：

ξTrim=-(Kqq-Qa)-1(ma0+Φbz0Tmb)g---(4)]]>

其中，Φ_bz0為貨物在貨艙內初始裝載位置處的飛機的模態矩陣分量；

1.4.3、求解飛機貨物空投動響應微分矩陣方程:以飛機1g平飛時的廣義坐標位移ξ^Trim為公式(2)的初始求解條件，采用變步長Runge-Kutta法求解飛機貨物空投動響應微分矩陣方程，得到飛機的廣義坐標位移ξ的動響應、廣義坐標速度的動響應和廣義坐標加速度的動響應:

yae=ξξ·ξ··=Caexae+Dawuw+Dagmbg---(5)]]>

其中，C_ae為彈性飛機本體與非定常氣動力組成系統的輸出矩陣；D_aw為離散陣風對彈性飛機動響應輸出的傳遞矩陣；D_ag為由于貨物移動對飛機動響應輸出的傳遞矩陣；

1.5、計算貨艙地板載荷動響應:根據步驟1.4的飛機的廣義坐標位移ξ的動響應、廣義坐標速度的動響應和廣義坐標加速度的動響應，計算貨物對飛機貨艙地板的作用載荷動響應，如式(6)所示：

F→b2a(t)=-mb(a→CG+q·→×X→b+2q→×V→b2a-g→)---(6)]]>

其中，為飛機質心處的加速度；為飛機的俯仰角加速度；為飛機的俯仰角速度；為貨物距離飛機質心的距離；

1.6、確定空投時貨艙地板的設計載荷：根據步驟1.5中得到的貨艙地板載荷動響應選擇的極大值和極小值作為貨艙地板的空投設計載荷。