[发明专利]一种面对称飞行器挂飞载荷计算及强度校核方法

说明书

一种面对称飞行器挂飞载荷计算及强度校核方法，该方法分为两个步骤：第一步以矢量运算形式给出了惯性、气动载荷以及挂点载荷的基本方程组，得到了挂点载荷的初解和终解，避免了传统方法系数符号的繁琐判断；第二步，根据第一步得到的挂点载荷，建立了结构吊耳、压脚点区域的高精度强度校核方法，对吊耳、压脚点区域进行强度校核。本发明给出了局部载荷的精确施加和结果的合理评价方法，吊耳、压脚区域的校核方法精度优于传统方法。

技术领域

本发明涉及一种面对称飞行器挂飞载荷计算及强度校核方法，属于载荷和强度设计领域，用于面对称飞行器(悬挂物)挂飞载荷的计算和结构强度校核。

背景技术

机载悬挂物一般通过挂架与飞机相连。悬挂物与挂架之间一般通过挂钩/吊耳及防摆止动器连接。悬挂物一般采用通用的纵列吊耳和防摆止动器结构形式，通过两个吊耳和四个压脚点与挂架的挂钩和防摆止动器压脚连接。其中，两个吊耳位于悬挂物的上表面纵向对称面上，四个压脚点分为前后两组，每组中的两个压脚点沿悬挂物的纵向对称面对称。飞行过程中，悬挂物受到气动力、惯性力以及挂点的约束力。其中，气动力的大小可通过气动力系数和气动力矩系数得到，惯性力可通过载机的运动状态得到。挂点载荷为悬挂物结构设计的输入条件，必须在设计阶段初期给出；同时，挂架/悬挂物系统为静不定结构，载荷计算无法解耦。工程上计算挂点载荷的方法主要有两种：一是整体有限元方法，一是利用相关标准。整体有限元方法建立挂架和悬挂物的整体有限元模型，施加气动力和惯性力，从而得到挂点载荷。该方法建模及计算量极大，一般仅用于载荷计算方法校核。国内外对挂飞载荷设计主要标准有国军标《GJB540.5-1988飞航导弹强度和刚度规范机载载荷》、美军标《MIL-A-8591H AIRBORNE STORES,SUSPENSION EQUIPMENT AND AIRCRAFT-STOREINTERFACE(CARRIAGE PHASE)；GENERAL DESIGN CRITERIA FOR》(23March 1990)和国军标《GJB1C-2006机载悬挂物和悬挂装置结合部位的通用设计准则》。其中，《GJB540.5-1988》在《MIL-A-8591H》早期版本《MIL-A-8591E》的基础上进行了适应性修改，载荷计算方法以载荷中心(质心所在横截面形心)为参考点，并通过滚转力矩、偏航力矩和侧向力方程得到压脚力的侧向分量，以此为基础试算吊耳垂向力，并根据吊耳垂向力试算结果更新吊耳和压脚力。《MIL-A-8591H》首先确定压脚和吊耳的危险工况，考虑了悬挂物质心和吊点相对拓扑位置的不同，给出了挂点载荷的计算公式。《GJB1C-2006》在《MIL-A-8591H》的基础上进行了适应性修改，修改内容主要包括单位和坐标系。这三个标准均给出了特定坐标系下的挂点力的解析表达式，在轴对称悬挂物挂点载荷计算中得到了广泛应用。但对于面对称飞行器，上述标准主要问题有：(1)气动力以压心和三向力的形式给出，面对称悬挂物无对称轴，压心无精确表达式；(2)《GJB540.5-1988》的挂点载荷表达式仅适用于质心的纵向坐标位于吊点之间且侧向坐标位于压脚之间的情况，而《MIL-A-8591H》和《GJB1C-2006》挂点力表达式可适用于质心和挂点位置的不同拓扑关系，同时需要判断挂点和质心距离的符号，导致逻辑繁琐；(3)《MIL-A-8591H》和《GJB1C-2006》给出的悬挂物质心载荷系数公式错误地以载机的加速度(acceleration)加上相对加速度的形式给出，而应以视加速度(apparentacceleration)加上相对加速度的形式给出，导致载荷系数在垂向小于实际值1g；(4)《GJB1C-2006》在《MIL-A-8591H》的基础上进行坐标系适应性修改时(从MIL的x后y右z上坐标系更改到GBJ的x前y上z右坐标系)时，仅把坐标y和z进行了交换，对x向未做反向处理，导致挂点载荷计算结果错误。吊耳、压脚区域的强度校核传统上一般采用有限元方法开展，但是局部载荷的精确施加和结果的合理评价一直是困扰工程师的问题，目前还未见到公开的挂点区域强度校核方法介绍。

发明内容