某型飛機襟翼機構顯示動力學仿真研究

湯國偉

【摘 要】本文通過HyperWoks軟件對某型飛機襟翼機構進行顯示動力學分析，通過采用RADIOSS求解器，利用中心差分法，成功得到襟翼運動機構在氣動載荷下的運動情況，驗證滑輪與滑軌之間運動方式。

【關鍵詞】襟翼機構；運動仿真；顯示動力學

【Abstract】Explicit dynamic analysis of flap track has been done by Hyperworks. By using of RADIOSS solver， and Central Difference Method， motion of flap track has been successfully obtained， and the contact between rollers and track has been verified.

【Key words】Flap track； Motion simulation； Explicit dynamics

0 前言

民用飛機襟翼運動機構用來控制襟翼翼面在指定位置的收放。在運動過程中受到復雜的、動態變化的載荷的作用。研究襟翼運動機構在復雜載荷下能否按照設計軌跡完成規定運動，對襟翼運動機構設計有非常重要的意義[1]。

HyperWorks軟件中RADIOSS Block對非線性運動方程的求解采用中心差分法。該算法在求解有限元控制方程時，只需在各個時刻點上直接進行計算，不必在時間步長內迭代，使得中心差分算法非常適合求解高度不連續問題（如接觸和失效問題）。本文按照非線性動力學有限元求解流程，建立襟翼機構顯示動力學模型，計算得到襟翼機構在氣動載荷下的運動模式，驗證襟翼機構的設計。

1 非線性動力學有限元求解流程

基于非線性動力學有限元控制方程和有限元法的基本過程，可將非線性動力學的有限元求解過程概括為如圖1所示。有限元模型中最小尺寸單元決定中心差分算法的時間步長選擇，它的尺寸越小，將使整個積分步數增多，整個模型求解的計算時間增加。這一點在劃分網格模型時需特別注意，避免因個別單位尺寸過小而導致計算時間不合理的增加。同時，也不能使單元的尺寸過大，導致有限元求解失真。

2 襟翼機構建模

襟翼機構主要包括驅動連桿，搖臂，滑輪架以及滑軌，用HyperWorks分別對這些零件建立有限元模型，采用.rad格式模型，二維單元采用SHELL單元，三維單元采用BRICK單元。機構之間采用彈簧單元Spring Type13，該單元是具有12個自由度的彈簧單元，具有6中相互獨立的變形模式：軸向拉壓、扭轉、彎曲（2個）和剪切（2個）。通過對6個方向的剛度設計不同的參數值，可以模擬各種鉸接方式。

滑輪與滑軌之間的接觸采用type7 點面接觸，設置摩擦系數0.2，通過反復測試驗證，滾輪與滑軌的網格大小為2.5mm-3mm，既保證計算效率也保證正確模擬兩者之間的滾動接觸。

在滑輪架處施加襟翼的氣動載荷，在驅動連桿上施加強制角度位移驅動，對機構進行驅動。有限元模型如圖2所示。

3 襟翼機構仿真結果

仿真結果顯示，在氣動載荷作用下，滑輪架滾輪與滑輪為單邊接觸，接觸良好，由于摩擦力的作用，滾輪發生轉動運動。另一側滾輪與滑軌之間存在間隙，兩者沒有載荷作用。正常收放工況下，襟翼機構運動良好，無卡滯等現場產生。圖3為襟翼機構的動態應力圖。通過非線性顯示動力學分析可以捕捉機構在每個位置的實時應力以及應力變化圖。圖4為滾輪在運動過程中接觸力圖。通過接觸力可以看出左右滾輪分別有一個前后滾輪與滑軌接觸，前后滾輪前滾輪與滑軌接觸。運動過程中，接觸力沒有劇烈的變化，運動平穩。

4 結論

通過襟翼機構非線性顯示動力學分析，可以驗證襟翼機構的運動過程，實時查看運動部件及受理情況。仿真結果顯示，在真實氣動載荷作用下，運動過程中，襟翼機構并非所有滑輪與滑軌均接觸。通過檢查運動過程中滾輪與滑軌的實時接觸力，可以發現雖然并非所有滾輪均接觸，但是接觸滾輪受力穩定，滾動運動良好。

【參考文獻】

[1]劉軍.氣動加載在多體動力學中的實現[J].科技視界，2015，27：121-122.

[責任編輯：湯靜]