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直升机动力学特性计算分析
2016-11-07 19:17:52  作者:李五洲 秦瑞芬  来源:互联网
  •   1 结构简介   某直升机由机头、机身和尾段三部分组成,其中尾段包含尾梁、斜梁、平尾等。机头与机身、机身与尾段通过接头、铆钉、螺栓相连接。   2 有限元建摸   全机动力学有限元模型的建立,包括 ...

  1 结构简介

  某直升机由机头、机身和尾段三部分组成,其中尾段包含尾梁、斜梁、平尾等。机头与机身、机身与尾段通过接头、铆钉、螺栓相连接。

  2 有限元建摸

  全机动力学有限元模型的建立,包括全机结构的刚度模拟和全机结构质量的分配。

  首先根据某直升机的全机结构设计图,建立了有限元刚度模型。此模型按机体的主要传力路线,运用MSC.NASTRAN提供的丰富单元库建立,较真实地模拟全机的刚度分布。

  在结构刚度模型建模中,采用壳单元(shell元)模拟框、梁、地板、蒙皮、壁板和加强肋等部位的面板结构;用杆单元(rod元)模拟各框、梁、肋的突缘和翻边;在左右起落架上接头局部、4440侧框、4790侧框、平尾前管梁等部位采用了梁单元(beam元)模拟;考虑到有限元结构过度的需要,模型中还应用了少量的三角形单元(ctria3)。

  机身结构中的连接(螺栓连接、铆钉连接等)大部分采用了常用的节点缝合,有部分连接:平尾与斜梁、尾梁与斜梁等,采用了刚体单元(RBE2)连接;旋翼和尾桨与机体的连接采用刚体元(RBE2)约束3个位移方向的自由度。

  在有限元质量模型建模中,主要采用集中质量模型分配全机的质量,将集中质量(conm2)分配在框的外圈节点上,这样的质量分配可以避免太多的局部模态出现。

  质量分配的具体方法是:首先选出要分配的质量点,根据各质量点的质量和X、Y、Z坐标按杠杆原理将其等效到各个框上,同样再按杠杆原理将其分配到各框外圈节点上。模型中质量较大的部件则按实际情况分配到其重心附近的节点上。这样按杠杆原理分配质量后,全机有限元质量模型的重心(X、Y、Z)坐标与实际结构的重心差异不大,能满足工程计算精度的要求。

  在处理大质量块时,采用在其重心位置设置节点,在节点上放置等效的集中质量和转动惯量,节点与机体结构用刚体元(RBE2)连接。旋翼、主减、尾桨、尾减均用集中质量模型简化处理。

  为了提高有限元模型计算全机固有频率的准确性,在对机体建模时,除了对桁条、框、蒙皮等主要承力结构进行细化建模外,还须考虑到部分非承力件,它们对结构强度无什么影响,但提供一定的刚度和惯量,对动力学特性有较显著的影响。因此,在分析模型中,下述结构必须予以准确的简化和处理:

  a.带有开口和冗余度的金属或复合材料构造的复杂机身结构。

  b.困难部件如次要结构、罩、整流装置、门、窗、齿轮箱、附件、设备、乘员、燃料、武器、外挂以及起落架。

  c.主减速器架、减速器和主轴,以及隔振装置。

  完成刚度和质量建模的全机动力学模型如图1所示,表1给出全机的有限元模型信息。

  

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  图1 全机动力学模型

  表1 某直升机全机动力学有限元模型信息

  

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  3 全机固有频率分析

  在全机动力学模型完成后,对该机的全机固有频率进行了分析,分析中采用求解无阻尼自由振动的实特征值求解序列(103)。考虑分析需要,计算了自由一自由状态下30Hz以内的固有频率,求解方法为Lanczos,这确保了频率不会遗失。

  表2列出了全机30Hz内主要模态计算结果。图2~图8给出各模态振型图。

  表2 某直升机的全机振频振型计算结果

  

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  图2 侧向一阶

  

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  图3 垂向一阶



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