[發(fā)明專利]一種基于等效壓力場的帶柔性氣囊直升機橫向靜穩(wěn)性分析方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211241431.8
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115795644A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳吉昌;李樂;童明波;張恒琿;盧志偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 李寰

1.一種基于等效壓力場的帶柔性氣囊直升機橫向靜穩(wěn)性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)、針對任一帶柔性氣囊直升機，根據(jù)其最大橫傾角，重建和簡化其幾何外形，選擇以四邊形殼單元為主、三角形殼單元為輔的方式，構(gòu)建其網(wǎng)格模型；

步驟(2)、基于靜水壓力場及臨界阻尼方程，推導(dǎo)對應(yīng)類型網(wǎng)格上的等效壓力：

P_i＝ρgz_i+c_cv_i·n_i

式中，z_i為i單元節(jié)點在豎直z方向坐標(biāo)的平均值，當(dāng)單元位于水面上方時，z_i定義為0；S_i為i單元的總面積；v_i為i單元的速度矢量；c_c為人工定義的臨界阻尼系數(shù)；

步驟(3)、基于控制體積法和格林積分公式，定義氣囊內(nèi)部壓強，即：

式中，為氣囊i單元上所有節(jié)點的x坐標(biāo)平均值；n_i為氣囊i單元的法向向量；m為氣囊內(nèi)部氣體的質(zhì)量；

步驟(4)、根據(jù)步驟(1)中的網(wǎng)格模型、步驟(2)中的等效壓力方法以及步驟(3)中氣囊單元內(nèi)部壓力計算方法，采用剛?cè)峄旌系牟呗裕伍_發(fā)有限元軟件，完成自由浮態(tài)計算；

步驟(5)、根據(jù)步驟(4)中的自由浮態(tài)計算模型，采用對直升機自身添加剛性約束的策略，旋轉(zhuǎn)得到不同橫傾角下的計算模型，仿真計算橫傾靜穩(wěn)性曲線，其計算方法為：

式中，及分別是橫傾角和縱傾角的角加速度。先通過約束直升機橫傾方向的角運動自由度，求解上述結(jié)構(gòu)運動方程，得到縱傾角及浸入深度；再將求解得到的縱傾角及浸入深度代入上述方程中的項中，求解得到橫傾力矩；

步驟(6)、結(jié)合步驟(1)的網(wǎng)格模型，根據(jù)步驟(2)中所述的等效壓力定義，基于積分中值定理，完成誤差估計，即：

式中，ξ(F_i)為i單元上合力的誤差；i₂為i單元上z方向最高的節(jié)點。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于等效壓力場的帶柔性氣囊直升機橫向靜穩(wěn)性分析方法，其特征在于，步驟(1)中，針對任一帶柔性氣囊直升機，重建、簡化幾何和劃分網(wǎng)格，在計算規(guī)模所允許的狀態(tài)下，盡可能的刪除內(nèi)部元素，并對外部元素進行多層面的細節(jié)考慮和適當(dāng)刪減，具體包括：內(nèi)部元素、外部非觸水元素及外部緊閉元素，其中，內(nèi)部元素包括座椅、隔板、隔艙、駕駛艙、傳動裝置、發(fā)動機，外部非觸水元素包括螺旋槳、尾翼、尾梁，外部緊閉元素包括艙門、機窗。

在滿足有限元計算網(wǎng)格質(zhì)量的前提下，盡可能的使有限元網(wǎng)格接近真實物理模型，分析氣囊、直升機結(jié)構(gòu)外形以及氣囊-直升機連接方式，分別劃分直升機、氣囊及連接帶網(wǎng)格，并定義到不同網(wǎng)格部件。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于等效壓力場的帶柔性氣囊直升機橫向靜穩(wěn)性分析方法，其特征在于，步驟(2)中，根據(jù)浮態(tài)理論，假定靜水線在豎直z方向坐標(biāo)為0處，給出不可壓流下，直升機穩(wěn)態(tài)情況下，各單元表面壓力函數(shù)：

P_i＝ρgz_i+cv_i·n_i

式中，下標(biāo)i為第i個單元，對應(yīng)的參數(shù)依次為第i個單元表面壓力，第i個單元豎直z方向坐標(biāo)，第i個單元所有節(jié)點的平均合速度以及第i個單元的法向；ρ為水的密度；g為當(dāng)?shù)丶铀俣龋籧為臨界阻尼系數(shù)；

進一步，根據(jù)臨界阻尼方程，給出計算效率最高的靜水壓力函數(shù)：

式中，m_i為第i個單元質(zhì)量。