摘 要：高速運(yùn)行飛行器受到氣動(dòng)載荷的影響比較大。為了分析這種影響需要將分布的氣動(dòng)載荷施加在結(jié)構(gòu)中，完成結(jié)構(gòu)的有限元分析。文章從氣動(dòng)載荷處理到載荷篩選、載荷分配各個(gè)方面完整研究了氣動(dòng)載荷處理的方法。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)載荷；載荷篩選；載荷分配

近年來，我國航空航天各種飛行器技術(shù)的迅速發(fā)展。對(duì)于結(jié)構(gòu)重量高度敏感的飛行器，重量是高度關(guān)注的焦點(diǎn)。為了提高飛行器的性能和有效載荷，飛行器設(shè)計(jì)過程中除了采用先進(jìn)的材料以外，有效的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也是非常重要的。為了更好的對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，需要確定結(jié)構(gòu)載荷，以便根據(jù)外載優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

1 氣動(dòng)載荷處理流程

氣動(dòng)載荷一般通過結(jié)構(gòu)氣動(dòng)外形通過流體力學(xué)計(jì)算得到分布載荷，分布載荷主要形式為各外形面氣動(dòng)點(diǎn)的分布?xì)鈮?。處理氣?dòng)載荷的一般流程：（1）將氣動(dòng)點(diǎn)氣壓積分到氣動(dòng)點(diǎn)的分布載荷；（2）通過氣動(dòng)總載對(duì)分布載荷進(jìn)行修正；（3）將各氣動(dòng)載荷進(jìn)行嚴(yán)重工況篩選；（4）將篩選后的載荷工況分配到結(jié)構(gòu)有限元模型中。

2 氣動(dòng)載荷積分

根據(jù)氣動(dòng)網(wǎng)格上的壓力分布，選擇合理的作用面積，將Cp載荷分布轉(zhuǎn)換為載荷點(diǎn)上的分布載荷（面積積分示意圖如圖1）。同時(shí)需要保證轉(zhuǎn)換后的載荷與原Cp載荷應(yīng)滿足以下條件：

（1）保證各子部件的氣動(dòng)載荷分布；（2）保證各子部件處理后的載荷對(duì)各個(gè)站位的累計(jì)彎矩、剪力、扭矩與總體專業(yè)提供的累計(jì)彎矩、剪力、扭矩一致。（3）保證各子部件處理后的總載荷和總壓心與Cp載荷一致。由于Cp分布每一點(diǎn)都不同，采用作用面積法積分得到的總載荷與原載荷存在誤差，需要對(duì)積分后的載荷進(jìn)行修正處理。此處可以采用“正弦修正法”進(jìn)行修正。正弦修正曲線見圖2。

3 氣動(dòng)載荷篩選

在實(shí)際計(jì)算中，由于飛行器在飛行和地面運(yùn)動(dòng)中隨著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和操縱面的變化會(huì)產(chǎn)生非常多的載荷工況。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，提高效率，根據(jù)結(jié)構(gòu)與載荷的線性關(guān)系，需要對(duì)各種氣動(dòng)載荷按照一定的篩選原則篩選出載荷工況極值以及符合篩選原則的工況進(jìn)行載荷分配。其他載荷則由于載荷較小而被篩選出來的載荷所覆蓋。篩選出來的極值載荷形成結(jié)構(gòu)載荷包線。典型載荷包線見圖3。

4 氣動(dòng)載荷分配

為了進(jìn)行有限元計(jì)算，需要將氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)上的載荷按照一定的原則分配到有限元節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)“多點(diǎn)排方案”：

假設(shè)有限元節(jié)點(diǎn)和氣動(dòng)點(diǎn)之間有一根無形的梁元素（見圖4），它是氣動(dòng)點(diǎn)一端固支有限元節(jié)點(diǎn)一端自由的懸臂梁。當(dāng)自由端受分配到載荷Pi時(shí)，變形能為：

得：

即可得到各有限元節(jié)點(diǎn)所分配的載荷Pi。

5 結(jié)束語

氣動(dòng)載荷分配處理是進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核計(jì)算的基礎(chǔ)，決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否最優(yōu)的基礎(chǔ)條件。在進(jìn)行載荷處理的過程中需要合理設(shè)計(jì)氣壓積分的面積，同是需要對(duì)積分載荷進(jìn)行精細(xì)化修正，保證載荷總載總壓心保持一致。在進(jìn)行載荷分配時(shí)，合理選擇氣動(dòng)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)有限元節(jié)點(diǎn)的分配關(guān)系，在保證平衡條件下的多個(gè)解中最優(yōu)解，保證最終分配載荷與實(shí)際氣動(dòng)載荷的一致性。

參考文獻(xiàn)

[1]飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第九冊(cè)）載荷、強(qiáng)度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.