民用飛機尾翼節(jié)點載荷處理方法探討
2014-11-11 13:36:26陳率
科技創(chuàng)新導報 2014年23期
陳率
摘 要：民用飛機尾翼所承受的載荷是進行飛機尾翼結構設計和強度校核的基礎。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。該文旨在有效解決此問題。
關鍵詞：Cp 積分 誤差修正 節(jié)點分載
中圖分類號：V215.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0061-02
民用飛機尾翼所承受的載荷是進行飛機尾翼結構設計和強度校核的基礎。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。通常的做法是對翼面Cp分布進行積分，得到小塊載荷點的分布載荷，在與站位總載修正一致后，再生成有限元節(jié)點載荷列陣。
1 節(jié)點載荷生成方法
1.1 載荷確定原則
載荷確定原則包括如下幾項：
（1）保證尾翼各個子部件的氣動載荷分布。
（2）保證尾翼各個子部件處理后的載荷對各個站位的累計彎矩、剪力、扭矩與總體專業(yè)提供的累計彎矩、剪力、扭矩一致。
（3）保證尾翼各個子部件處理后的總載荷和總壓心與總體專業(yè)提供的一致。
1.2 尾翼載荷處理步驟
本文給出民用飛機尾翼載荷處理方法，包括以下三個步驟：
首先用“方塊面積積分原理”對尾翼翼面的Cp分布進行載荷積分。
然后用“正弦修正方法”對積分結果進行載荷修正，得到翼面小塊載荷。
最后用“多點排列法”[1]進行載荷分配，形成節(jié)點載荷列陣Force卡，用于有限元模型的計算。
該載荷處理方法完整地解決了民用飛機尾翼載荷從Cp分布到有限元節(jié)點的問題。
2 方法說明
2.1 Cp分布積分方法
以圖示水平尾翼為例，載荷專業(yè)給出了沿著水平尾翼展向13個站位，每個站位沿弦向51個等距離點（0.02倍當?shù)叵议L的間距）上給出Cp壓力分布；另外，載荷專業(yè)還給出了13個站位的站位總載荷。這13個站位都是順氣流方向并且平行于X軸，如圖1所示。
首先根據(jù)Cp分布，得到每個網(wǎng)格點的壓強（Pa）。下文如果沒有特別指出，Cp分布指的就是每個網(wǎng)格點的壓強（Pa）。由于平尾主要以y向力為主，且上下蒙皮弧度較小，則以平面二維積分進行Cp處理，摒棄多階多項式擬合站位分布，用小方塊面積與網(wǎng)格點的壓強相乘的方法，得出Cp點處的壓力（N）。
具體操作方法如下：
2.2 積分誤差修正
由于數(shù)值積分存在誤差，所以需要用氣動室提供的總載總壓心進行修正。程序在修正時分為三步：首先進行力修正，然后對彎矩修正，再進行扭矩修正。下面仍以平尾為例詳細介紹載荷修正方法。
（2）彎矩的修正。
2.3 “多點排”分配原理
即可得到各有限元節(jié)點所分配的載荷。對整個氣動網(wǎng)點群上的每一個氣動點載荷按上述方法分配到有限元節(jié)點群上，就得到了載荷轉換的計算結果。
根據(jù)以上理論，只要對于每個氣動點選擇準備分載的有限元節(jié)點，就可以利用以上公式來分配載荷，同時，應結合實際情況合理地選取目標有限元節(jié)點。
3 結語
通過該文所述的尾翼節(jié)點載荷處理方法，可解決氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點的問題。并且在保證總載一致的情況下，局部載荷分布也比較合理。
參考文獻
[1] 《飛機設計手冊》總編委會編.《飛機設計手冊》第9冊，載荷、強度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint
摘 要：民用飛機尾翼所承受的載荷是進行飛機尾翼結構設計和強度校核的基礎。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。該文旨在有效解決此問題。
關鍵詞：Cp 積分 誤差修正 節(jié)點分載
中圖分類號：V215.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0061-02
民用飛機尾翼所承受的載荷是進行飛機尾翼結構設計和強度校核的基礎。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。通常的做法是對翼面Cp分布進行積分，得到小塊載荷點的分布載荷，在與站位總載修正一致后，再生成有限元節(jié)點載荷列陣。
1 節(jié)點載荷生成方法
1.1 載荷確定原則
載荷確定原則包括如下幾項：
（1）保證尾翼各個子部件的氣動載荷分布。
（2）保證尾翼各個子部件處理后的載荷對各個站位的累計彎矩、剪力、扭矩與總體專業(yè)提供的累計彎矩、剪力、扭矩一致。
（3）保證尾翼各個子部件處理后的總載荷和總壓心與總體專業(yè)提供的一致。
1.2 尾翼載荷處理步驟
本文給出民用飛機尾翼載荷處理方法，包括以下三個步驟：
首先用“方塊面積積分原理”對尾翼翼面的Cp分布進行載荷積分。
然后用“正弦修正方法”對積分結果進行載荷修正，得到翼面小塊載荷。
最后用“多點排列法”[1]進行載荷分配，形成節(jié)點載荷列陣Force卡，用于有限元模型的計算。
該載荷處理方法完整地解決了民用飛機尾翼載荷從Cp分布到有限元節(jié)點的問題。
2 方法說明
2.1 Cp分布積分方法
以圖示水平尾翼為例，載荷專業(yè)給出了沿著水平尾翼展向13個站位，每個站位沿弦向51個等距離點（0.02倍當?shù)叵议L的間距）上給出Cp壓力分布；另外，載荷專業(yè)還給出了13個站位的站位總載荷。這13個站位都是順氣流方向并且平行于X軸，如圖1所示。
首先根據(jù)Cp分布，得到每個網(wǎng)格點的壓強（Pa）。下文如果沒有特別指出，Cp分布指的就是每個網(wǎng)格點的壓強（Pa）。由于平尾主要以y向力為主，且上下蒙皮弧度較小，則以平面二維積分進行Cp處理，摒棄多階多項式擬合站位分布，用小方塊面積與網(wǎng)格點的壓強相乘的方法，得出Cp點處的壓力（N）。
具體操作方法如下：
2.2 積分誤差修正
由于數(shù)值積分存在誤差，所以需要用氣動室提供的總載總壓心進行修正。程序在修正時分為三步：首先進行力修正，然后對彎矩修正，再進行扭矩修正。下面仍以平尾為例詳細介紹載荷修正方法。
（2）彎矩的修正。
2.3 “多點排”分配原理
即可得到各有限元節(jié)點所分配的載荷。對整個氣動網(wǎng)點群上的每一個氣動點載荷按上述方法分配到有限元節(jié)點群上，就得到了載荷轉換的計算結果。
根據(jù)以上理論，只要對于每個氣動點選擇準備分載的有限元節(jié)點，就可以利用以上公式來分配載荷，同時，應結合實際情況合理地選取目標有限元節(jié)點。
3 結語
通過該文所述的尾翼節(jié)點載荷處理方法，可解決氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點的問題。并且在保證總載一致的情況下，局部載荷分布也比較合理。
參考文獻
[1] 《飛機設計手冊》總編委會編.《飛機設計手冊》第9冊，載荷、強度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint
摘 要：民用飛機尾翼所承受的載荷是進行飛機尾翼結構設計和強度校核的基礎。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。該文旨在有效解決此問題。
關鍵詞：Cp 積分 誤差修正 節(jié)點分載
中圖分類號：V215.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0061-02
民用飛機尾翼所承受的載荷是進行飛機尾翼結構設計和強度校核的基礎。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。通常的做法是對翼面Cp分布進行積分，得到小塊載荷點的分布載荷，在與站位總載修正一致后，再生成有限元節(jié)點載荷列陣。
1 節(jié)點載荷生成方法
1.1 載荷確定原則
載荷確定原則包括如下幾項：
（1）保證尾翼各個子部件的氣動載荷分布。
（2）保證尾翼各個子部件處理后的載荷對各個站位的累計彎矩、剪力、扭矩與總體專業(yè)提供的累計彎矩、剪力、扭矩一致。
（3）保證尾翼各個子部件處理后的總載荷和總壓心與總體專業(yè)提供的一致。
1.2 尾翼載荷處理步驟
本文給出民用飛機尾翼載荷處理方法，包括以下三個步驟：
首先用“方塊面積積分原理”對尾翼翼面的Cp分布進行載荷積分。
然后用“正弦修正方法”對積分結果進行載荷修正，得到翼面小塊載荷。
最后用“多點排列法”[1]進行載荷分配，形成節(jié)點載荷列陣Force卡，用于有限元模型的計算。
該載荷處理方法完整地解決了民用飛機尾翼載荷從Cp分布到有限元節(jié)點的問題。
2 方法說明
2.1 Cp分布積分方法
以圖示水平尾翼為例，載荷專業(yè)給出了沿著水平尾翼展向13個站位，每個站位沿弦向51個等距離點（0.02倍當?shù)叵议L的間距）上給出Cp壓力分布；另外，載荷專業(yè)還給出了13個站位的站位總載荷。這13個站位都是順氣流方向并且平行于X軸，如圖1所示。
首先根據(jù)Cp分布，得到每個網(wǎng)格點的壓強（Pa）。下文如果沒有特別指出，Cp分布指的就是每個網(wǎng)格點的壓強（Pa）。由于平尾主要以y向力為主，且上下蒙皮弧度較小，則以平面二維積分進行Cp處理，摒棄多階多項式擬合站位分布，用小方塊面積與網(wǎng)格點的壓強相乘的方法，得出Cp點處的壓力（N）。
具體操作方法如下：
2.2 積分誤差修正
由于數(shù)值積分存在誤差，所以需要用氣動室提供的總載總壓心進行修正。程序在修正時分為三步：首先進行力修正，然后對彎矩修正，再進行扭矩修正。下面仍以平尾為例詳細介紹載荷修正方法。
（2）彎矩的修正。
2.3 “多點排”分配原理
即可得到各有限元節(jié)點所分配的載荷。對整個氣動網(wǎng)點群上的每一個氣動點載荷按上述方法分配到有限元節(jié)點群上，就得到了載荷轉換的計算結果。
根據(jù)以上理論，只要對于每個氣動點選擇準備分載的有限元節(jié)點，就可以利用以上公式來分配載荷，同時，應結合實際情況合理地選取目標有限元節(jié)點。
3 結語
通過該文所述的尾翼節(jié)點載荷處理方法，可解決氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點的問題。并且在保證總載一致的情況下，局部載荷分布也比較合理。
參考文獻
[1] 《飛機設計手冊》總編委會編.《飛機設計手冊》第9冊，載荷、強度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint
