某型飛機內外襟翼間密封件密封性能仿真研究

湯國偉

【摘 要】本文通過HyperWoks軟件對某型飛機內外襟翼件密封件進行顯示動力學分析，通過采用超彈性本構和type7接觸類型，成功得到密封件在巡航狀態下的密封狀態。

【關鍵詞】襟翼；密封件；仿真；顯示動力學

【Abstract】Explicit dynamic analysis of Seals between inside board flap and outside board flap of an aircraft has been done with HyperWorks. By using of hyper-elastic constitution and type 7 contact type， the seal status under cruise condition of Seals has been successfully obtained.

【Key words】Flap； Seals； Simulation； Explicit Dynamics

0 前言

民用飛機上設計有大量的密封件，以維持氣動效率。內、外襟翼之間常常設計有非常復雜的密封件，這是由于內、外襟翼之間空間復雜，設計空間小，且低速階段，承受很大的氣動載荷[1]。研究該處密封件的密封性能非常重要，然而通過一般的仿真手段很難獲得收斂的結果。本文通過HyperWorks軟件建立內外襟翼之間密封件顯示動力學模型，成功獲得巡航狀態下的密封件變形結果。與地面裝機狀態進行對比，為密封件設計提供參考。

1 襟翼間密封件建模

民用飛機起降過程分為：起飛、巡航、復飛、著陸狀態。在起飛、復飛、著陸狀態下內、外襟翼之間存在較大的階差，無需進行密封，沒有必要進行密封仿真。因此，本文著重進行巡航狀態下內外襟翼密封件的顯示動力學仿真。并與地面裝機狀態下進行對比。

密封件的接觸包括內外襟翼密封件之間的接觸和密封件本身的自接觸。由于內外襟翼密封件在實際工作狀態下干涉量較大，接觸部位變形大，導致仿真的收斂性難度增加。密封件采用六面體網格進行離散，模型共包括4萬網格和6萬多節點。內外襟翼間密封件壁厚較薄，最薄的部位只有1mm，這也導致密封件模型的網格最小尺寸較小，網格的數量規模增加，進而導致計算步長急劇降低和計算時間增加。

在地面狀態和巡航狀態下，密封件存在初始干涉，為了保證計算進行，首先將兩個密封件按照路徑分開，然后在仿真計算過程中，按照該相反路徑重新將兩個密封件運動到地面狀態和巡航狀態。完成整個密封件在兩種狀態下的密封仿真。建立完畢的密封件仿真模型件圖3。

2 地面狀態密封件仿真結果

地面狀態下，由于內外襟翼處于安裝狀態，內外襟翼密封件之間階差為0，兩者的干涉量較大，密封件受擠壓產生向上變形，密封仿真結果顯示密封件接觸良好，能夠完全密封。具體密封效果和各個密封截面見圖4。

3 巡航狀態密封件仿真結果

巡航狀態下的密封件仿真結果見圖5、圖6。在圖5 A處、B處出現重疊現象，導致密封失效。其余部位密封件受擠壓，能夠達到較好的密封效果。通過對比地面裝機狀態和巡航狀態的結果可以發現，巡航狀態的密封變形與地面裝機狀態的變形并不一致。地面裝機狀態，密封效果非常好，氣流無法從兩種之間穿過。而巡航狀態下，圖6A處、B處出現密封件之間插入，而不是擠壓變形。氣流可以從A、B兩處穿過，對氣動效率有一定影響。這主要是因為：第一，內外襟翼剛度設計導致在巡航狀態下，內外襟翼的變形不一致，密封件的擠壓不對稱；第二，機翼采用超臨界翼型，機翼尾部厚度非常小，密封件的截面積有限，很容易發生擠壓錯位情形。

4 結論

內外襟翼密封件由于存在材料非線性和幾何大變形，想通過仿真手段分析獲得真實狀態下的密封效果經常在計算時無法收斂，本文采用超彈體材料Mooney-Rivlin材料本構，和type7接觸類型，通過顯示動力學分析，成功得到密封件在巡航狀態下的變形狀態和變形趨勢，給密封件的設計提供了參考。

【參考文獻】

[1]沈俊彥.商用飛機縫翼密封件設計[J].科技信息，2013，16：393-394.

[責任編輯：楊玉潔]