某型飛機后緣襟翼運動機構動力學仿真分析研究

摘 要:后緣襟翼可以在短時間內增加飛機升力，對于飛機的起降性能有很大的影響，同時由于實際結構中零件都是有彈性的，因此進行多剛體系統及剛柔耦合系統的對比分析很有實際意義，可以使理論計算結果與真實情況更吻合。

關鍵詞:襟翼 運動機構 多剛體 剛柔耦合

中圖分類號:V22文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0014-02

XX Aircraft trailing flap mechanisms Dynamics simulation analysis and research

LiuJun

ShangHai Aircraft Design and Research Institute，ShangHai 200232

Abstract:Trailing flap can increase aircraft lift force in a short time，which can influence the performance of takeoff and landing. According to those components work as elastic in real structure，comparing and analyzing multi-rigid system and rigid-flexible interaction system is reasonable to match the calculations and real situations.

Key word:flap;mechanism;multi-rigid;rigid-flexible interaction

襟翼在各種飛機上普遍應用，它可以在短時間內增加飛機升力，主要用在飛機起降過程和特殊緊急情況下。富勒襟翼在襟翼舵面偏轉的同時發生較大幅度的后退，增加機翼整體彎度和機翼面積，通過縫隙氣流改善附而層狀況，因而得到加大的升力增量。它的增升效果與其它類型襟翼相比具有很大優越性，已經在國外許多大中型運輸機上得到應用。在國內，由于運輸場機研制發展相對落后，富勒襟翼運動機構這一領域的自主研究尚屬空白。目前國內航空業的發展對大型運輸機的需求變得越來越緊迫，而研制大型運輸機的關鍵技術之一富勒襟翼運動機構的設計方法必須得到解決。

1 仿真模型建立

1.1 多剛體模型

對運動機構及后緣襟翼利用三維繪圖軟件繪出三維數模，并對其賦予真實材料屬性，繪圖軟件根據材料屬性及三維數模賦予零部件質量屬性。將帶有質量屬性的三維數模導入動力學仿真軟件中，并在動力學仿真軟件中添加運動機構構件之間的運動副[1-3]，至此多剛體模型如圖1所示建立完畢。

1.2 剛柔耦合模型

為考察零部件彈性變形對運動機構的影響，因此將運動機構的部分構件及整個襟翼翼面在有限元軟件中劃分有限元網格進行柔性化。

對于運動機構的部分構件，采用劃分實體網格的方法，對零件進行柔性化，在有運動副的局部采用多點約束的方法，將運動副周圍的節點與鉸鏈點連接起來。典型零件的有限元模型如圖2所示:

對于襟翼翼面結構，由于零件數量較多，為降低計算量，將襟翼蒙皮簡化為殼單元、前后梁簡化為梁單元、肋簡化為殼單元進行有限元建模，同時在有運動副的局部采用多點約束的方法，將運動副周圍的節點與鉸鏈點連接起來。襟翼翼面的有限元模型如圖3所示:

有限元模型建立之后進行模態分析計算，得到各零部件的模態中性文件。在動力學仿真軟件中用各零部件的模態中性文件分別代替剛體模型，由此得到運動機構的剛柔耦合模型如圖4所示。

1.3 載荷施加

后緣襟翼及運動機構上的受到的外部載荷主要有兩個:作用在襟翼翼面的氣動力和襟翼及運動機構的自身重力。

對于襟翼及運動機構的重力，動力學分析軟件根據各零部件的質量分布自動施加;對于剛體模型中的氣動力，在襟翼的氣動中心施加3個方向的集中載荷;對于剛柔耦合模型中的氣動力，在有限元分析時以力場的方法對翼面施加等同于集中載荷的分布載荷后再提交模態分析計算，用包含載荷信息的襟翼模態中性文件替代剛體模型即將氣動載荷施加在剛柔耦合模型中。

2 對比分析

2.1 典型零件變形

襟翼運動機構由曲柄的轉動而運動，因此曲柄的彈性變形對襟翼的運動軌跡有直接的關系。由圖5所示:剛柔耦合系統中曲柄的長度有微量的變形，最大變形量為0.01mm，相對變形量為0.003%，對運動軌跡的影響較小，如圖6所示，多剛體系統的運動軌跡與剛柔耦合系統的運動軌跡幾乎重合。

2.2 驅動載荷對比分析

如圖7所示:多剛體系統的運動軌跡與剛柔耦合系統中驅動力矩的變化趨勢類似，都是呈現先增大再減小最后又增大的過程，與實際情況相同;由于零件的柔性變形，剛柔耦合系統的驅動力矩比多剛體系統有一定的延緩，峰值也有一定程度的降低，下降量接近10%。

2.3 鉸鏈點受載對比分析

對于襟翼運動機構，主要的受載點為曲柄的鉸鏈點和滑輪架的鉸鏈點，以下分別對比分析。

如圖8所示:多剛體系統中曲柄鉸鏈點的受載呈下降趨勢，而剛柔耦合系統中曲柄鉸鏈點的受載呈上升趨勢，這需要以后的試驗數據進行驗證。同時剛柔耦合系統中曲柄鉸鏈點的峰值較多剛體系統的峰值有2.8%的下降，這種峰值下降的趨勢與實際情況是相吻合的。

如圖9所示:多剛體系統及剛柔耦合系統中滑輪架鉸鏈點的受力都呈下降趨勢，同時剛柔耦合系統中滑輪架鉸鏈點的受力峰值較多剛體系統下降了10.4%。

4 結語

由以上對比分析可知:剛體系統與剛柔耦合系統各考核對比曲線的趨勢與實際情況吻合，這說明兩個系統模型建模及加載都合理可信;同時剛柔耦合系統對比多剛體系統，驅動力矩及主要受載具有一定程度的下降，這對于零件結構及驅動系統的設計都是大有裨益的，利用本文的系統模型及分析方法可以更好的指導襟翼運動機構的設計。

參考文獻

[1]陳濤.基于ADAMS的曲柄滑塊機構虛擬樣機設計[J].重慶工學院學報，2005.8:30-33.

[2]劉俊.曲柄滑塊機構動力學研究[J].上海電機學院學報，2006.8:24-28.

[3]張策.機械動力學[M].北京:高等教育出版社，2000:1-5.