本發(fā)明涉及飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，具體涉及一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)飛機(jī)的前起艙門主要用于保護(hù)起落架、保持飛機(jī)的氣動(dòng)外形，能夠正常開啟和關(guān)閉，且主要承受飛行載荷作用。

2、大型水上飛機(jī)需要在水面降落，其前起艙門在著水時(shí)會(huì)承受很大的水載荷，然而對(duì)于這種受載嚴(yán)重的前起艙門結(jié)構(gòu)，目前市面上均沒有給出可供參考的強(qiáng)度驗(yàn)證方法，因此難以對(duì)其進(jìn)行尺寸定義和優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決傳統(tǒng)飛機(jī)前起艙門缺乏強(qiáng)度驗(yàn)證存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，用于驗(yàn)證水上飛機(jī)前起艙門在著水過程中的強(qiáng)度與性能，從而達(dá)到指導(dǎo)前起艙門結(jié)構(gòu)的尺寸定義和優(yōu)化的目的。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

3、一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，用于水上飛機(jī)前起艙門結(jié)構(gòu)著水情況分析，該方法包括以下步驟：

4、將艙門著水時(shí)產(chǎn)生的分布載荷處理至主承力結(jié)構(gòu)橫梁處，轉(zhuǎn)化為集中載荷，作為前起艙門的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)有限元模型的載荷輸入；

5、建立前起艙門的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)有限元模型，進(jìn)行前起艙門的著水強(qiáng)度計(jì)算；

6、按照設(shè)計(jì)工況載荷和試驗(yàn)工況載荷分別對(duì)細(xì)節(jié)有限模型進(jìn)行加載，對(duì)分載荷輸入處理的有效性進(jìn)行評(píng)估；

7、根據(jù)試驗(yàn)載荷計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行艙門本體結(jié)構(gòu)及其與機(jī)身連接部位進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；

8、通過在全機(jī)自然網(wǎng)格模型中施加艙門鉸鏈接頭載荷和全機(jī)配平載荷，分析機(jī)身在該載荷的位移情況對(duì)試驗(yàn)加載力線的影響，得到著水強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，還執(zhí)行：

10、對(duì)得到的著水強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，在全機(jī)靜力機(jī)上對(duì)前起艙門進(jìn)行試驗(yàn)加載，其試驗(yàn)加載方式與著水強(qiáng)度計(jì)算時(shí)一致，約束采用全機(jī)靜定約束，其中，前起艙門水載荷通過一排作動(dòng)筒加載；

11、完成前起艙門的著水工況靜力試驗(yàn)，獲得前起艙門真實(shí)的應(yīng)力、位移結(jié)果，與強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果修正細(xì)節(jié)有限模型。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，所述將艙門著水時(shí)產(chǎn)生的分布載荷處理至主承力結(jié)構(gòu)橫梁處，包括：

13、確定艙門在著水時(shí)受到的載荷分布，利用杠桿比配平方法先將該載荷分布簡化成艙門臨近框站位處的集中載荷；確定框站位處載荷合力的方向，以該方向?yàn)橄移矫娣ㄏ驅(qū)⒖蛘疚惶幍妮d荷轉(zhuǎn)換至艙門主承力結(jié)構(gòu)橫梁處，在轉(zhuǎn)換過程中，需要確保轉(zhuǎn)換后的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)其他部分的作用效果與原始載荷相同；其中，在橫梁處，載荷方向與弦平面法向方向相同。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，細(xì)節(jié)有限元模型中的主要結(jié)構(gòu)至少包含艙門橫梁、縱梁、蒙皮、鉸鏈及對(duì)頂擋塊，其中，對(duì)頂擋塊采用釘元進(jìn)行模擬，以模擬左右艙門之間的載荷傳遞。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，在細(xì)節(jié)有限元模型中，艙門橫梁是艙門結(jié)構(gòu)中用于承受橫向載荷的主要構(gòu)件，該橫梁由一系列節(jié)點(diǎn)和連接這些節(jié)點(diǎn)的梁單元來模擬，這些梁單元具有不同的截面屬性，以反映實(shí)際橫梁的截面形狀和尺寸；

16、在細(xì)節(jié)有限元模型中，縱梁在艙門結(jié)構(gòu)中用于承受縱向載荷，該縱梁由一系列節(jié)點(diǎn)和連接這些節(jié)點(diǎn)的梁單元來模擬，這些梁單元具有不同的截面屬性，以反映實(shí)際縱梁的截面形狀和尺寸；

17、在細(xì)節(jié)有限元模型中，蒙皮是覆蓋在艙門結(jié)構(gòu)表面的一層薄板，用于提供氣密性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，該蒙皮用殼單元來模擬，這些殼單元用于同時(shí)考慮面內(nèi)和面外載荷的影響；

18、在細(xì)節(jié)有限元模型中，鉸鏈為用于艙門打開和關(guān)閉的部件，它允許艙門在一定角度范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；

19、在細(xì)節(jié)有限元模型中，對(duì)頂擋塊用于平衡艙門在關(guān)閉狀態(tài)下的重量，減小鉸鏈上的負(fù)載；對(duì)頂擋塊用實(shí)體單元或質(zhì)量點(diǎn)來模擬；若對(duì)頂擋塊與艙門結(jié)構(gòu)通過釘元連接，則該連接用剛性連接或彈簧阻尼單元來模擬。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，所述按照設(shè)計(jì)工況載荷和試驗(yàn)工況載荷分別對(duì)細(xì)節(jié)有限模型進(jìn)行加載，包括：

21、通過壓力場(chǎng)方式在建立的細(xì)節(jié)有限元模型施加設(shè)計(jì)工況載荷；通過mpc在細(xì)節(jié)有限元模型橫梁位置施加試驗(yàn)載荷；定義艙門鉸鏈的邊界條件，采用簡支約束限制其運(yùn)動(dòng)；提取設(shè)計(jì)載荷和試驗(yàn)載荷下的艙門與鉸鏈的載荷數(shù)據(jù)，對(duì)比設(shè)計(jì)載荷和試驗(yàn)載荷下的載荷數(shù)據(jù)，分析艙門與鉸鏈的受力情況，驗(yàn)證設(shè)計(jì)載荷是否能夠有效模擬實(shí)際測(cè)試中的載荷條件，以及艙門與鉸鏈的承載能力和性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

22、根據(jù)本發(fā)明提供的一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，所述進(jìn)行艙門本體結(jié)構(gòu)及其與機(jī)身連接部位進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，包括：

23、采用工程算法和強(qiáng)度理論對(duì)艙門本體，鉸鏈與艙門連接螺栓及與接頭耳片進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

24、根據(jù)本發(fā)明提供的一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，根據(jù)試驗(yàn)載荷類型和分布，確定需要分析的艙門組件及其承受的主要載荷方向，查找或確定艙門本體、鉸鏈、連接螺栓和接頭耳片所使用的材料的屬性；

25、根據(jù)細(xì)節(jié)有限元模型的試驗(yàn)載荷計(jì)算結(jié)果或工程算法計(jì)算艙門本體在試驗(yàn)載荷下的應(yīng)力分布；分析鉸鏈在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中承受的彎矩、剪切力和可能的扭矩，并計(jì)算應(yīng)力分布；根據(jù)連接螺栓的受力情況，計(jì)算連接螺栓的應(yīng)力；分析耳片在連接處的受力情況，并計(jì)算應(yīng)力分布；

26、將計(jì)算得到的最大應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，確保艙門本體在試驗(yàn)載荷下不會(huì)失效；將鉸鏈的最大應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較；根據(jù)螺栓類型和規(guī)格進(jìn)行強(qiáng)度校核；將接頭耳片的最大應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，并考慮連接處的疲勞壽命；

27、根據(jù)強(qiáng)度校核結(jié)果，評(píng)估艙門本體、鉸鏈、連接螺栓和接頭耳片在試驗(yàn)載荷下的可靠性。

28、根據(jù)本發(fā)明提供的一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，在對(duì)得到的著水強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，將前起艙門掛在全機(jī)靜力機(jī)上進(jìn)行前起艙門靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)件包括前起艙門、前起假件、艙門收放作動(dòng)筒、靜力試驗(yàn)機(jī)；

29、對(duì)于計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果偏差較大的局部區(qū)域，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果局部修正強(qiáng)度計(jì)算過程中的細(xì)節(jié)有限元模型。

30、由此可見，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，可以全面、準(zhǔn)確地驗(yàn)證水上飛機(jī)前起艙門在著水情況下的強(qiáng)度性能，為水上飛機(jī)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供有力的支持，可以用于指導(dǎo)水上飛機(jī)前起艙門的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化和強(qiáng)度計(jì)算。本發(fā)明能夠簡化設(shè)計(jì)流程，減小建模成本，有效預(yù)測(cè)前起艙門著水情況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化更改提供指導(dǎo)。

31、下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，其特征在于，用于水上飛機(jī)前起艙門結(jié)構(gòu)著水情況分析，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還執(zhí)行：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將艙門著水時(shí)產(chǎn)生的分布載荷處理至主承力結(jié)構(gòu)橫梁處，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照設(shè)計(jì)工況載荷和試驗(yàn)工況載荷分別對(duì)細(xì)節(jié)有限模型進(jìn)行加載，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)行艙門本體結(jié)構(gòu)及其與機(jī)身連接部位進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種水上飛機(jī)前起艙門的著水強(qiáng)度驗(yàn)證方法，包括：將艙門著水時(shí)產(chǎn)生的分布載荷處理至主承力結(jié)構(gòu)橫梁處轉(zhuǎn)化為集中載荷；建立結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)有限元模型，進(jìn)行前起艙門的著水強(qiáng)度計(jì)算；按照設(shè)計(jì)工況載荷和試驗(yàn)工況載荷分別對(duì)細(xì)節(jié)有限模型進(jìn)行加載，對(duì)分載荷輸入處理的有效性進(jìn)行評(píng)估；根據(jù)試驗(yàn)載荷計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行艙門本體結(jié)構(gòu)及其與機(jī)身連接部位進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；通過在全機(jī)自然網(wǎng)格模型中施加艙門鉸鏈接頭載荷和全機(jī)配平載荷，分析機(jī)身在該載荷的位移情況對(duì)試驗(yàn)加載力線的影響，得到著水強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果。通過本發(fā)明可以驗(yàn)證水上飛機(jī)前起艙門在著水過程中的強(qiáng)度與性能，從而達(dá)到指導(dǎo)前起艙門結(jié)構(gòu)的尺寸定義和優(yōu)化的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：王泓杰,劉玄,楊學(xué)良
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中航通飛華南飛機(jī)工業(yè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21