舰载直升机系留载荷及全机应力计算方法研究

 舰载直升机的系留问题是舰、机双系统联系的关键。与地面系留的不同在于舰载系留是基于运动着的基础。特别在高海情下,机体承受各个方向的过载,且载荷较大。这样,机体结构及系留索具是否有足够的承载能力,就显得异常重要。 运动着的基础、系留索具单向承载性以及起落架承载与变形的非线性关系构成了舰载系留的特点。本文针对这些特殊问题,进行了合理而有效的处理。分别采用了“矩阵力法”及“矩阵位移法”进行系留索具的载荷和机体结构应力的计算,并与实验进行了对比分析,得到了满意的结果。     

考虑轮胎变形的系留计算模型研究

 对传统舰载机的系留计算模型进行了改进:在系留计算模型中不仅考虑系留索的弹性变形,还考虑舰载机轮胎的压缩变形;把系留计算的位移状态由平面的3个自由度增加到空间6个自由度;利用船纵横摇和升沉加速度的周期、峰值等参数形成的余弦曲线作为各船运动参数的输入形式。通过二维模型分析和实际模型计算表明,上述模型的改进在结果上增加了系留索的计算载荷,提高了系留计算的准确度,这对提高舰载机的机体强度,减轻舰载机的结构重量和改进系留设备的受力情况提供了更可靠的计算依据。     

基于非线性静力学模型的飞机系留载荷计算方法研究

由于飞机在强风下系留时,机体承受各方向的载荷较大,因此需对系留结构及系留索是否具有足够的承载能力进行分析,而其中系留载荷的计算就显得异常重要。采用MSC．Nastran软件,针对飞机存系留情况下,系留索的单向承载性及起落架与地面的非线性接触特性,通过应用非线性间隙单元,建立了非线性静力仿真模型,并计算了飞机在系留状况下,各系留索承受的张力及各系留点所受的载荷,计算中同时考虑了起落架缓冲支柱空气弹簧力对于系留载荷的影响,从而为飞机系留载荷提供了一种新的有限元计算方法。     

“鱼叉”系留对直升机动力响应的影响

建立了＂鱼叉＂系留的等效刚度模型,用Lagrange方法建立直升机旋翼/机体耦合非线性动力学模型,用数值方法分析了直升机在＂鱼叉＂系留状态下机体、桨叶的动力响应。从仿真结果可以看出：＂鱼叉＂系留增加了直升机的机体约束刚度,使不稳定区向高转速移动,远远超出了额定工作转速范围,有利于防止地面共振的发生。     

滑橇起落装置直升机系留状态“地面共振”试验和分析

本文以直×型机为例,对滑橇起落装置直升机在系留状态下的“地面共振”问题进行了分析。在系留状态下,系留装置改变了机体和起落架系统的动力特性,为了保证直×型机在系留状态下不发生“地面共振”,采用了系留状态和自由状态全机动力特性对比试验和“地面共振”对比计算的方法分析系留状态的“地面共振”问题。本文介绍了直×型机系留方案的确定,全机动力特性试验和“地面共振”计算的方法及结果,最后得出明确结论。     

地面系留对直升机动力响应的影响

 建立了系留状态下直升机旋翼/机体耦合非线性动力学模型,无铰旋翼简化为当量铰刚性桨叶模型,假定机体是刚性体并受起落架和系留索的约束,系留索静态时松弛并只能承受拉力。采用数值仿真研究了系留对模型旋翼地面共振的影响,对初始扰动和旋翼转速对系统动力学行为的影响也进行了仿真研究。对于无系留的模型旋翼来说,在任何转速下没有出现不稳定现象;地面系留时系统会呈现稳定响应、极限环以及大幅值振荡等非线性动力学行为,大幅值振荡将使系留索、接头和支持结构承受破坏性动力载荷。     

系留气球纵向稳定性分析

系留气球是一种应用广泛的空中平台。其运动特性是球体和系留缆绳两者的复合,总体气动布局、系留缆绳参数及风场环境对其稳定性影响非常显著,运动模态不同于一般飞行器。本文通过对球体和系留缆绳的受力特性分析,建立了其纵向运动学方程及其运动学方程的求解方法,分析了在不同风场环境下的运动模态,并数值仿真了在阵风作用下球体和系留缆绳的动态响应特性。     

基于气象数据系留气球状态参数计算

为分析系留气球在实际应用地气象条件下的系留状态，基于标准大气模型分别在标准大气和实际气象测量的参数下对系留气球主要状态参数重量、重心、0风速平衡俯仰角进行计算。结果表明，应用实际气象数据参数计算的结果会在标准大气计算结果的基础上呈现波动变化。通过不断积累气象数据，利用系留气球实际应用地气象参数计算可对后续系留气球设计进行指导，使系留气球更好地在任务地点使用。     

系留气球升空动力学仿真

为了研究系留气球升空过程运动状态，建立刚体气球系统六自由度非线性动力学模型以及气球升空缆绳模型，利用Aerostat Simulation仿真软件对不同升空速度和不同风速运动状态进行模拟计算。结果显示，升空过程中，放缆速度增大，则气球俯仰角增大，迎角、缆绳张力减小；风速增大，则俯仰角、迎角、缆绳张力均增大。此研究不仅可为系留气球系统设计提供理论依据，也可以为研究外场放飞决策与放飞数据提供一种分析工具。     

系留气球环境适应性研究

主要阐述环境工程在系留气球环境适应性方面的应用,通过对系留气球全寿命周期内所遇到环境因素及其影响分析,确定系留气球受到的主要环境影响因素及相应的试验方案,给出了系留气球环境适应性设计工作的工程建议.     

边界元的耦合界面步进法分析物体撞水响应

计算物体的撞水响应目前已有了一些专用的算法。在分析和比较这些算法的基础上,提出了一个解撞水问题的边界元耦合界面步进法,该方法不仅可充分发挥边界元计算半空间流场的优越性,更主要是在加速收敛方面有其独到之处。给出圆柱刚体和楔形刚体两个撞水算例,结果表明了该方法的可靠性和有效性。     

铰接式旋翼舰面瞬态气弹响应及参数研究

为了研究舰面铰接式旋翼桨叶桨尖与机体相碰的原因及参数影响,本文采用中等变形梁模型处理桨叶弹性变形,用有限转角模拟桨叶绕铰刚性运动和非线性准定常气动模型处理气动力。通过与国外计算及试验数据的相关性分析,验证了本文建模及计算方法的正确性。参数分析表明:1)挥舞限动块脱开前,桨叶弹性变形提供的桨尖挥舞位移占主要部分,脱开后,桨叶刚性运动提供的桨尖挥舞位移占主要部分;2)舰面流场采用梯形流时,计算的桨尖挥舞位移最大;3)挥舞限动角大小及离心式限动块释放时间对桨尖最大挥舞位移影响不明显;4)直接增加桨叶挥舞刚度可显著地减小桨尖向下最大挥舞位移;5)随总距增加,桨尖挥舞挠度减小不明显,这是通过增加总距来减小桨叶挥舞位移不可行的另一原因。     

弹性体接触问题的线性规划解法

提供了一种工程设计中常见的弹性体间接触问题的线性规划解法。该解法将弹性接触问题转化为线性规划法的标准形式，用带有接触条件的规范化单纯形法直接求解出接触力、间距、刚体位移量等全部接触参数，避免了因几何非线性引起的迭代，为解决该类问题提供了一种简捷有效的分析方法。     

扭转刚度对功率分流传动系统均载特性的影响

考虑齿侧间隙、齿轮副间的时变啮合刚度、齿轮偏心误差、轴的扭转以及支撑刚度等,构建了面齿轮-圆柱齿轮两次功率分流传动的动力学模型。利用传动构型的力封闭特点以及将轴的扭转角位移当量转化成线位移的方法,消除了系统方程中的刚体位移。采用Runge-Kutta数值仿真法求解了动力学方程,获得了传动系统的均载系数,并研究了各传动轴扭转刚度对均载系数的影响。结果表明:输入、输出轴的扭转刚度对系统各传动级均载特性几乎没有影响;均载系数对左、右分扭轴和双联轴的扭转刚度较敏感。在双联轴满足强度要求且扭转刚度取较小值时,左、右分扭轴扭转刚度的合理匹配可进一步提高系统的动力学均载特性。      

跨声速机翼静气动弹性数值分析方法

本文给出一种以改进的跨声速守恒型全位势有限体积法为基础的机翼静气动弹性数值分析方法。改进发展了气动网格划分技术，使其对大后掠三角形机翼也能顺利适用。采用位移法计算机翼柔度影响矩阵。将非线性气动力与结构线化机翼弹性变形耦合迭代求解。当气动力和结构变形均收敛后，即求出弹性机翼的气动特性。通过算例计算，表明气动方法改进是成功的，弹性结果是合理的。跨声速范围弹性影响大，值得注意。     

Strapdown inertial navigation using dual quaternion algebra: error analysis

In a strapdown inertial navigation system (INS), the general displacement of a rigid body is traditionally separately modeled and analyzed, i.e., direction cosine matrix or quaternion for rotation analysis and vector for translation analysis. As a subsequent work of a companion paper (Wu et al., 2005), this paper adopts dual quaternion algebra, a most concise and unified mathematical tool for representing the general displacement of a rigid body, to analyze error characteristics of the strapdown INS. Two new error models in terms of quaternion algebra are developed: the additive dual quaternion error (ADQE) model and multiplicative dual quaternion error (MDQE) model. Both are expected to facilitate the future inertial navigation-based integrated navigation filter.     

扭转刚度对双输入圆柱齿轮分流传动系统动力学均载系数的影响

建立了双输入圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型,模型中考虑了各齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、啮合误差、啮合阻尼等因素.结合闭环结构特点,利用齿轮啮合线的相对位移和传动轴扭转位移消除方程中的刚体位移.采用4阶Runge-Kutta法求解系统动力学方程,获得了系统均载系数.结果表明:系统均载系数受输入轴扭转刚度影响小;分流级和并车级均载系数对双联齿轮轴的扭转刚度敏感,减小双联齿轮轴的扭转刚度可以改善系统的均载性能,当双联齿轮轴的扭转刚度小于1.1×105（N·m）/rad时,可将系统均载系数控制在1.06以内;输出轴扭转刚度的变化对分流级和并车级均载系数基本没有影响.      

轮廓度约束下近净成形叶片余量优化方法

针对近净成形的叶片在自适应精加工中余量不均这一问题,提出了考虑叶型截面线轮廓度公差约束的余量优化方法。在设计基准与加工基准配准的条件下,改变工件做刚性位移的余量优化思路,建立一种新的叶身优化模型,避免优化后叶片检测处的截面线超出轮廓度公差,提升叶片余量优化阶段寻找到目标加工曲面的能力。最后以某压气机叶片为例进行验证,此方法不仅能够保证叶身加工余量,还能同时满足型面检测处的轮廓度公差,为近净成形的叶片在自适应加工中提供一种新的余量优化方法。     

机动转弯条件下转子有限元建模方法

为了使机动转弯条件下转子动力学模型更加精确,考虑梁单元的转动惯量和剪切变形,对有限元Timoshenko梁模型的相关理论进行推导;考虑到机动转弯载荷对转子响应的影响,对机动转弯条件下梁单元、刚性圆盘单元的机动载荷向量和重力载荷向量进行推导。利用以上推导结果建立了1套机动转弯条件下转子有限元的建模方法,利用该方法建立的模型进行机动转弯过程中含弹性支承双盘转子的振动响应计算,结果表明:机动转弯产生的附加载荷会使转子模型产生一定的静位移。     

不同接触形式下轮盘叶片系统的振动响应分析

以某压气机盘片系统为研究对象,基于ANSYS软件,建立了接触模型、接触不分离模型和刚性连接模型3种榫连结构接触约束形式下的盘片有限元模型,分别对3种模型进行了固有特性的分析,对比了三者的共振频率和振型;在离心力和气流激振力作用下,对3种模型进行了振动响应分析,得到三者的位移响应和应力随转速的变化规律。研究结果表明:接触模型和接触不分离模型的固有特性一致性较好,而刚性连接模型和接触模型在高频段存在较大差异。同时,刚性连接模型和接触不分离模型能够极大地改善接触模型在低转速下的收敛性。