湯國偉

【摘 要】本文通過HyperWoks軟件對某型飛機(jī)襟翼機(jī)構(gòu)進(jìn)行顯示動力學(xué)分析，通過采用RADIOSS求解器，利用中心差分法，成功得到襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)在氣動載荷下的運(yùn)動情況，驗證滑輪與滑軌之間運(yùn)動方式。

【關(guān)鍵詞】襟翼機(jī)構(gòu)；運(yùn)動仿真；顯示動力學(xué)

【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(jī)襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)用來控制襟翼翼面在指定位置的收放。在運(yùn)動過程中受到復(fù)雜的、動態(tài)變化的載荷的作用。研究襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)在復(fù)雜載荷下能否按照設(shè)計軌跡完成規(guī)定運(yùn)動，對襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計有非常重要的意義[1]。

HyperWorks軟件中RADIOSS Block對非線性運(yùn)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(diǎn)上直接進(jìn)行計算，不必在時間步長內(nèi)迭代，使得中心差分算法非常適合求解高度不連續(xù)問題（如接觸和失效問題）。本文按照非線性動力學(xué)有限元求解流程，建立襟翼機(jī)構(gòu)顯示動力學(xué)模型，計算得到襟翼機(jī)構(gòu)在氣動載荷下的運(yùn)動模式，驗證襟翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計。

1 非線性動力學(xué)有限元求解流程

基于非線性動力學(xué)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(xué)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(shù)增多，整個模型求解的計算時間增加。這一點(diǎn)在劃分網(wǎng)格模型時需特別注意，避免因個別單位尺寸過小而導(dǎo)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(dǎo)致有限元求解失真。

2 襟翼機(jī)構(gòu)建模

襟翼機(jī)構(gòu)主要包括驅(qū)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(jī)構(gòu)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(dú)立的變形模式：軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲（2個）和剪切（2個）。通過對6個方向的剛度設(shè)計不同的參數(shù)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(diǎn)面接觸，設(shè)置摩擦系數(shù)0.2，通過反復(fù)測試驗證，滾輪與滑軌的網(wǎng)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(qū)動連桿上施加強(qiáng)制角度位移驅(qū)動，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動。有限元模型如圖2所示。

3 襟翼機(jī)構(gòu)仿真結(jié)果

仿真結(jié)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(fā)生轉(zhuǎn)動運(yùn)動。另一側(cè)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(jī)構(gòu)運(yùn)動良好，無卡滯等現(xiàn)場產(chǎn)生。圖3為襟翼機(jī)構(gòu)的動態(tài)應(yīng)力圖。通過非線性顯示動力學(xué)分析可以捕捉機(jī)構(gòu)在每個位置的實時應(yīng)力以及應(yīng)力變化圖。圖4為滾輪在運(yùn)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(yùn)動過程中，接觸力沒有劇烈的變化，運(yùn)動平穩(wěn)。

4 結(jié)論

通過襟翼機(jī)構(gòu)非線性顯示動力學(xué)分析，可以驗證襟翼機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程，實時查看運(yùn)動部件及受理情況。仿真結(jié)果顯示，在真實氣動載荷作用下，運(yùn)動過程中，襟翼機(jī)構(gòu)并非所有滑輪與滑軌均接觸。通過檢查運(yùn)動過程中滾輪與滑軌的實時接觸力，可以發(fā)現(xiàn)雖然并非所有滾輪均接觸，但是接觸滾輪受力穩(wěn)定，滾動運(yùn)動良好。

【參考文獻(xiàn)】

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

[責(zé)任編輯：湯靜]