某型飛機(jī)內(nèi)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(jī)內(nèi)外襟翼件密封件進(jìn)行顯示動力學(xué)分析，通過采用超彈性本構(gòu)和type7接觸類型，成功得到密封件在巡航狀態(tài)下的密封狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】襟翼；密封件；仿真；顯示動力學(xué)

【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(jī)上設(shè)計(jì)有大量的密封件，以維持氣動效率。內(nèi)、外襟翼之間常常設(shè)計(jì)有非常復(fù)雜的密封件，這是由于內(nèi)、外襟翼之間空間復(fù)雜，設(shè)計(jì)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(jié)果。本文通過HyperWorks軟件建立內(nèi)外襟翼之間密封件顯示動力學(xué)模型，成功獲得巡航狀態(tài)下的密封件變形結(jié)果。與地面裝機(jī)狀態(tài)進(jìn)行對比，為密封件設(shè)計(jì)提供參考。

1 襟翼間密封件建模

民用飛機(jī)起降過程分為：起飛、巡航、復(fù)飛、著陸狀態(tài)。在起飛、復(fù)飛、著陸狀態(tài)下內(nèi)、外襟翼之間存在較大的階差，無需進(jìn)行密封，沒有必要進(jìn)行密封仿真。因此，本文著重進(jìn)行巡航狀態(tài)下內(nèi)外襟翼密封件的顯示動力學(xué)仿真。并與地面裝機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行對比。

密封件的接觸包括內(nèi)外襟翼密封件之間的接觸和密封件本身的自接觸。由于內(nèi)外襟翼密封件在實(shí)際工作狀態(tài)下干涉量較大，接觸部位變形大，導(dǎo)致仿真的收斂性難度增加。密封件采用六面體網(wǎng)格進(jìn)行離散，模型共包括4萬網(wǎng)格和6萬多節(jié)點(diǎn)。內(nèi)外襟翼間密封件壁厚較薄，最薄的部位只有1mm，這也導(dǎo)致密封件模型的網(wǎng)格最小尺寸較小，網(wǎng)格的數(shù)量規(guī)模增加，進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)算步長急劇降低和計(jì)算時(shí)間增加。

在地面狀態(tài)和巡航狀態(tài)下，密封件存在初始干涉，為了保證計(jì)算進(jìn)行，首先將兩個(gè)密封件按照路徑分開，然后在仿真計(jì)算過程中，按照該相反路徑重新將兩個(gè)密封件運(yùn)動到地面狀態(tài)和巡航狀態(tài)。完成整個(gè)密封件在兩種狀態(tài)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(tài)密封件仿真結(jié)果

地面狀態(tài)下，由于內(nèi)外襟翼處于安裝狀態(tài)，內(nèi)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(chǎn)生向上變形，密封仿真結(jié)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(gè)密封截面見圖4。

3 巡航狀態(tài)密封件仿真結(jié)果

巡航狀態(tài)下的密封件仿真結(jié)果見圖5、圖6。在圖5 A處、B處出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，導(dǎo)致密封失效。其余部位密封件受擠壓，能夠達(dá)到較好的密封效果。通過對比地面裝機(jī)狀態(tài)和巡航狀態(tài)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，巡航狀態(tài)的密封變形與地面裝機(jī)狀態(tài)的變形并不一致。地面裝機(jī)狀態(tài)，密封效果非常好，氣流無法從兩種之間穿過。而巡航狀態(tài)下，圖6A處、B處出現(xiàn)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?yàn)椋旱谝唬瑑?nèi)外襟翼剛度設(shè)計(jì)導(dǎo)致在巡航狀態(tài)下，內(nèi)外襟翼的變形不一致，密封件的擠壓不對稱；第二，機(jī)翼采用超臨界翼型，機(jī)翼尾部厚度非常小，密封件的截面積有限，很容易發(fā)生擠壓錯(cuò)位情形。

4 結(jié)論

內(nèi)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(shí)狀態(tài)下的密封效果經(jīng)常在計(jì)算時(shí)無法收斂，本文采用超彈體材料Mooney-Rivlin材料本構(gòu)，和type7接觸類型，通過顯示動力學(xué)分析，成功得到密封件在巡航狀態(tài)下的變形狀態(tài)和變形趨勢，給密封件的設(shè)計(jì)提供了參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]沈俊彥.商用飛機(jī)縫翼密封件設(shè)計(jì)[J].科技信息，2013，16：393-394.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]