[发明专利]一种带机翼变形的铰链力矩天平的有限元分析方法

说明书

本发明提供一种带机翼变形的铰链力矩天平的有限元分析方法，属于风洞气动试验技术领域。针对大展弦比飞行器操纵面铰链力矩的测量，本申请采用有限元分析方法，在铰链力矩天平的设计阶段，通过三维建模软件对机翼及铰链力矩天平三维模型构建，使用有限元分析软件模拟铰链力矩天平和机翼在风洞试验的受力情况进行仿真分析，对仿真结果进行对比分析，优化铰链力矩天平及盖板的结构设计，减小机翼变形及模型盖板对铰链力矩天平测量结果的影响，制定合理的铰链力矩天平校准及试验方案。采用本发明，能够提高铰链力矩天平的测量不确定度，缩短其的研制周期，提高工作效率，具有良好的使用价值和社会效益。

技术领域

本申请涉及风洞气动试验技术领域，具体为一种带机翼变形的铰链力矩天平的有限元分析方法。更具体地，本发明提供一种带机翼变形的铰链力矩天平的设计方法，其有利于铰链力矩天平及盖板的结构优化，制定合理的校准及试验方案，提高铰链力矩天平的测量精准度，缩短其研制周期，提高工作效率，具有较好的应用前景。

背景技术

铰链力矩天平主要用于测量作用在飞行器操纵面(副翼、方向舵)或全动翼面(平尾、鸭翼)模型上的铰链力矩。随着飞行器技术的不断发展，应用大展弦比的飞行器越来越普遍，对铰链力矩测量不确定度要求越来越高。

大展弦比的飞行器的特点是：模型机翼长且翼型很薄，机翼刚性较差。与操纵面连接的机翼模型较薄，铰链力矩天平在机翼内安装空间受到极大的限制，致使铰链力矩天平的宽厚比较大，因此铰链力矩大多数情况下均为片式天平，为三分量或四分量，但重点关注铰链力矩分量测量不确定度，其余分量作参考。天平及与天平连接的模型的刚度较弱，导致风洞试验的时候，在风洞试验中模型受力变形严重，影响操纵面铰链力矩的精确测量。

目前，为了提高该类铰链力矩的测量精准度，大多根据工程经验在风洞试验前，天平校准后，加载误差较大时，在机翼模型上设置电桥(称外置电桥)来对铰链力矩天平各分量信号进行修正，工作量较大，效率较低。

为此，迫切需要一种新的方法和/或装置，以解决上述问题。

发明内容

本申请的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种带机翼变形的铰链力矩天平的有限元分析方法。针对大展弦比飞行器操纵面铰链力矩的测量，本申请采用有限元分析方法，在铰链力矩天平的设计阶段，一方面，优化铰链力矩天平元件结构，减小机翼变形对铰链力矩天平的影响，确定是否需要设置外置电桥修正，提高铰链力矩天平的测量不确定度；另一方面，通过对盖板对铰链力矩天平测量精准度的影响，优化盖板结构及尺寸，提高铰链力矩天平测量不确定度。本发明能够用于指导该类铰链力矩天平及模型盖板的优化设计、制定合理的铰链力矩天平校准及试验方案，提高该类铰链力矩天平的测量精准度，缩短其的研制周期，提高工作效率，具有良好的使用价值和社会效益。

为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种带机翼变形的铰链力矩天平的有限元分析方法，包含如下步骤：

(1)使用三维建模软件对机翼、铰链力矩天平、第一盖板、第二盖板进行三维模型构建；构建的三维模型包括机翼、铰链力矩天平、第一盖板、第二盖板，铰链力矩天平设置在机翼上且铰链力矩天平位于机翼上靠近方向舵的一侧，所述第一盖板、第二盖板分别设置在铰链力矩天平两侧且第一盖板、第二盖板分别与机翼固定连接；

(2)将步骤1构建的三维模型导入有限元分析软件，进行网格划分；

(3)固定机翼后，对铰链力矩天平实施加载；

(4)固定机翼与机身的连接面，对铰链力矩天平实施加载；

(5)固定机翼与机身的连接面，在机翼任取一加载点并记为机翼加载点，对机翼加载点施加机翼载荷；

(6)固定机翼与机身的连接面，在步骤(5)的机翼加载点施加机翼载荷，同时对铰链力矩天平实施加载；