飛機結構的動強度問題研究

摘 要：隨著飛機的應用頻率越來越高，對于飛機結構的研究成為相關人士關注重要課題。本文是筆者結合自身多年工作經驗，探究在設計飛機結構之中的各種動強度問題，為相關人士提供參考的理論依據。

關鍵詞：動強度；飛機結構；問題

中圖分類號：V215.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-02

一、前言

2011年10月，成都某航班在快達到雙流機場時因天氣原因改道重慶迫降，不能夠在規定時間內完成這次航飛任務。事實上，飛機在飛行中會受到各種因素的影響，必定會影響到正常飛行。而且從許多飛機事故及故障中發現，很多都是因為沖擊、振動原因造成的，所以在設計中必須要高度重視結構動強度帶來的問題。

二、動強度所設計到的內容

按照傳統研制中可知，在飛機結構上要高度重視動強度的問題，總體來看，設計動強度所涉及的內容主要有：

其一是設計飛機時就要依據動強度所提要求，從而確定好怎樣對結構進行布局以及構型，而且要優選出設計中所涉及到的參數，大多數應用到了結構動力學。

其二剛開始設計之時就要按照動強度所提要求，優選出剛度、質量以及阻尼較好的措施，這樣才能夠有效控制振動，事實上飛機結構設計時動強度主要要滿足以下相關要求。

（1）防止出現有害共振，必須要控制結構所產生振動頻率，從而實現預期所得固有頻率，依據所提出固有頻率而得出基本要求，例如在設計航炮的支持結構上固有頻率，就必須要考慮到發射的頻率以及倍頻。

（2）防止出現過度振動，必須要減小振動的應力；這就需要控制好結構所產生動強度響應，必須要滿足設計動強度響應要求，例如對一些重要設備安裝時確定位置，就一定要控制振幅到一定量值下面。

（3）必須要滿足動穩定性的要求，要確保飛機在穩定的邊界范圍中工作，例如要確保氣動彈性的穩定。

三、設計動強度的方法

對于飛機結構的靜強度設計上大部分是和材料的性能以及工藝性能，在動強度上涉及到的主要因素主要是阻尼、剛度、附加子系統以及慣性等等，在設計飛機結構動強度上，特別是結構主要為動載荷，必須要運用動力學思想與方法對載荷形式與類型進行分析，滿足這個要求后就要對動力學的特性進行分析，例如動響應以及固有頻率情況，之后運用振動控制來設計與調整結構動強度，通過這些措施來確保飛機結構所必須具備的動強度，這樣才能夠滿足應用要求，其設計的流程及設計位置如下圖所示。

在設計飛機結構動強度必須要應用振動控制學與結構動力學。在這兩門學科基礎上提出合理的設計思路與方法。

（一）結構動力學。動力學上主要包含了結構的動力學分析、靈敏度分析以及最優化幾個方面，其中的結構動力學主要包含了三個步驟，其一就是要構建出有限元模型，必須要在實際飛機的結構構型上進行分析，構建出初始有限元模型，一般做法就是要分析靜強度，分析好之后就需要結合實況做一定修改，為動力學分析打基礎。其二振動特征，其反應的結構所產生動力學特征，主要是針對動強度所設計，就是會直接或者是間接的對結構振動特性做適當改變。其三動力的響應分析，要設計好動強度，還要分析飛機結構加速度、位移以及應力等各種響應，依據不同外界激勵，還必須要對結構中各類動響應進行計算，減少結構振動水平，增強結構動強度。

分析靈敏度，對于結構的動力學而言，靈敏度是重要內容之一，所謂靈敏度就是結構發生振動所體現出的特性與動力響應，因為變更結構參數必定會影響到變化程度，就會影響到設計結構的動力學的目標，必定會對選擇設計給予一定指導措施。這些結構參數主要包含了結構剛度、阻尼及慣性參數，同時還包含了附加子系統各種參數，分析結構的靈敏度主要內容就是特征靈敏度，其分析方法主要有攝動法與導數法等等，主要包含了三種情況：其一是孤立模態情況；其二強度問題，高度重視特征值的情況；其三耦合模態的情況。其中最優化的方法，就是要依據所設計的指標來選定目標函數，比如固有振型或者動響應、固有頻率，同時要構建出目標函數；在設計之時必定會受到許多環境條件所限，這樣按此能夠確保設計具備合理性、可靠性以及可實現性，就轉為非線性的規劃問題，從而確定出結構參數組合方案，確保動力學的性能和目標值最靠近，實現優化目標；最常見方法就是頻響優化與多頻優化。

（二）控制振動設計。對于飛機結構的振動控制主要劃分成了被動控制與主動控制，而主動控制還被稱為有源控制，本文就對控制這兩種振動做分析。

在工程之中比較常見控制振動設計比較多，主要有隔振、減振、吸振以及緩沖設計，也就是在主系統上進行相應減振、隔振以及緩沖各種子系統，達到有效控制主系統所產生振動或者運轉時因沖擊所耗散、傳遞以及轉移振動的能量。分析時從能量轉換角度去看，減振也就是將各個子系統所產生阻尼通過合理措施耗散，從而分散振動的能量。

其二就是要降低系統振動，隔振就是對隔振的子系統進行控制，防止傳遞振動能量，這樣有效減小了系統振動；所謂緩沖就是降低緩沖的子系統所傳遞的沖擊能量，這樣就能夠有效控制系統沖擊；而吸振是對子系統能量進行吸振從而轉移了振動能量，有效控制好主系統振動。

其三主動控制振動，在這個方面一般劃分成了開環控制和閉環控制的類型，這幾個部分主要是由測量系統、控制對象、控制器以及執行結構與能源共五個大的部分所組成，其核心就是控制律，工程應用關鍵就是設計與實施測量系統與執行機構。而每項控制技術都必須要采取相應主動控制技術。

四、結束語

總而言之，隨著飛機是使用率不斷增大，必須要確保飛機結構的設計。在設計飛機結構時必須要考慮到動強度的問題，并結合實際情況采用合理的設計措施，必須要做到幾個方面措施：其一要分析初始結構，給之后工作打好基礎條件。其二要依據結構及邊界的實際情況，并進行適當簡化之后就建立出有限元模型。其三根據要求做相應動力學分析；其四依據各種條件對結構再設計，并且分析結構達到滿意為止。

參考文獻：

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