[發明專利]一種直升機吊掛柔性機身建模方法

有效

• 申請號: 202011020371.8
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112052524B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 朱希洋;殷士輝;蘇小恒;萬海明;辛冀;陳彬
• 申請（專利權）人: 中國直升機設計研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

1.一種直升機吊掛柔性機身建模方法，其特征在于，采用變截面變剛度彈性梁模型進行彈性機身建模，然后使用有限元方法進行機身彈性梁模型的模態求解；其中，所述建模具體包括：

首先建立機體計算坐標系，然后在機身彈性梁上設置若干個節點，兩相鄰節點之間的機身分段認為是彎扭耦合均勻梁單元，采用分段剖面質量加權平均的方法近似出一根與機身縱軸平行的直弾性軸，各剖面的質量和轉動慣量即節點的質量和轉動慣量，利用機身分段結構質量，得到每個梁單元的單元質量，利用機身分段剖面剛度數據，計算出每個梁單元的剛度矩陣，采用有限元組集的方法可以得到整個機身的剛度矩陣及質量矩陣，求解即可得到機身振動固有頻率和模態振型，耦合機身剛體運動得到機身各氣動部件處的運動信息，各氣動部件根據當地運動信息計算出相對入流進而得到氣動作用力，實現柔性機身變形對直升機吊掛系統的影響建模；

所述利用機身分段剖面剛度數據，計算出每個梁單元的剛度矩陣，包括：

根據分段結構數據中提供的剖面縱向坐標和剖面彎曲剛度等效出各梁單元的抗彎剛度EI_z，其中剖面剛度的定義是固定后面一個剖面的平動和轉動位移為零，對該剖面施加載荷至達到一定位移，記錄下此時的施加載荷和位移之比即為剖面側向彎曲剛度；記剖面個數為則機身的單元節點個數為個，梁單元個數為個，對于第個梁單元而言，定義對應的等效情況，根據結構力學有：

上式中，F_i表示第i個梁單元的端點受力，L_i表示第i個梁單元的長度，EI_zi表示第i個梁單元的抗彎剛度；

由于給定的剖面側向彎曲剛度為：

上式中，Δ_i表示第i個梁單元的端點在F_i的作用下產生的位移；

結合式1.1和式1.2可得梁單元的等效側向抗彎剛度：

根據式1.3即可計算出第i個梁單元的等效側向抗彎剛度EI_zi，同理，可以計算出第i個梁單元的等效垂向抗彎剛度EI_yi；

對于沿縱向軸扭轉，用一段固定的圓截面均勻軸等效，根據結構力學有：

上式中，M_i表示第i個梁單元端點力矩，GI_pi表示第i個梁單元的扭轉剛度；

根據剖面扭轉剛度定義有：

結合式1.4和式1.5可得到等效梁單元的扭轉剛度：

根據有限元相關方法，可以得到彎扭耦合均勻梁單元的單元剛度矩陣為：

將各個單元的剛度陣組集即可得到總的剛度陣K^F。

2.根據權利要求1所述的直升機吊掛柔性機身建模方法，其特征在于，所述機體計算坐標系包括機體坐標系、機身彈性軸坐標系、機身任意位置x處的局部坐標系以及機身上任一部件處的局部坐標系。

3.根據權利要求2所述的直升機吊掛柔性機身建模方法，其特征在于，所述機體計算坐標系的建立過程包括：

將彈性機體簡化為變截面變剛度彈性梁模型，然后建立機體計算坐標系，所述機體計算坐標系包括：

機體坐標系(O-XYZ)_f，其原點O_f在質心處，X_f軸在機身的縱向對稱面內指向機頭，Z_f在機身的縱向對稱面內垂直于X_f軸指向下，Y_f軸通過右手定則確定；

機身彈性軸坐標系(O-XYZ)_ff，原點O_ff在弾性軸上位于機頭處，即第一個節點處，X_ff沿機身彈性軸指向后，Y_ff方向與Y_f一致，Z_ff方向與Z_f相反；

機身任意位置x處的局部坐標系(O-XYZ)_fx，原點在x處，三個坐標軸的方向通過將機身彈性軸坐標系旋轉三個變形角度得到；

機身上任一部件處的局部坐標系(O-XYZ)_f*，未變形時與機身弾性軸坐標系平行，原點在部件中心處，變形后的三個坐標軸的方向與該部件對彈性軸的垂點處的局部坐標系相同。