襟翼运动机构变支撑刚度动力学分析

2009 年 国用户大会论文集 1襟翼运动机构变支撑刚度动力学分析 王惟栋 朱小军 姚雄华 （中航工业一飞院） of 要： 以建立了某型飞机双缝襟翼运动机 构变刚度动力学模型，通过改变支撑刚度等参数，以后处理中，分析了支撑刚度等参数对运动机构的影响，为研究襟翼运动机构的振动、冲击、优化设计提供了基础。 关键词： 襟翼运动机构；变刚度；动力学 现代飞机为了增加升力提高机动性，减小大迎角下失速速度，提高低速飞行时的升力，改善起飞和着陆性能，在机翼前、后缘上布置了大量的增升装置。前缘增升装置一般布置在弦的最前面，占机翼弦长1015的区域内。后缘增升装置一般布置在6575之后的2535弦长范围内。后缘增升装置可分为机械增升和动力增升两大类。这些增升装置常用的形式有开裂式襟翼、简单襟翼、单缝襟翼、双缝襟翼、三缝襟翼、富勒襟翼和吹气襟翼及喷气襟翼等。襟翼运动机构的运动学、动力学问题复杂，襟翼结构/机构本身的形式复杂多样，受力环境和运动控制复杂且要求严格，可靠性设计与分析需要考虑运动机构的诸多随机因素，许多参数从解析分析或试验研究的角度往往难以实现。以便的获得各种载荷和运动数据，以用于襟翼运动机构的优化设计、振动冲击及可靠性设计与分析。 1 双缝襟翼运动机构运动原理 某型飞机的双缝襟翼运动机构如图1所示。双缝襟翼由主翼和子翼组成。该襟翼的运动形式为定轴转动。襟翼通过外端的支臂过丝杠操纵连接在主翼上的操纵接头实现襟翼的操纵。滑轮架连接接头把滑轮架组件连接在机身框上，滑轮架固定不动，安装在滑轮架上的滚轮相对滑轨滚动。襟翼最大偏角为顺气流下偏 41。 2009 年 国用户大会论文集 2图1 双缝襟翼运动机构 2 双缝襟翼运动机构动力学建模 襟翼主要承受自身气动载荷和操纵载荷，并通过滑轨、摇臂及操纵接头将载荷传向机身及机翼固定后缘。 11008 飞状态下襟翼变形示意图 主翼 子翼 支臂 操纵接头 滑轮架组件 滑轨组件 2009 年 国用户大会论文集 11158 陆状态下襟翼变形示意图 在气动载荷作用下，襟翼结构变形较大，相应会引起与其连接的滑轨产生结构变形，在动力学分析中必须考虑变形因素。如将襟翼和滑轨都作为柔性体考虑，计算非常耗时，对计算机性能要求非常高。为提高计算效率，本文试作一定折衷，将襟翼采用刚体、滑轨采用柔性体，襟翼和摇臂、滑轨连接处添加哑物体，襟翼与哑物体通过梁约束（摇臂、滑轨与哑物体通过多体约束连接。滑轮与滑轨间为柔性接触力（为考核滑轮架组件与机身连接刚度对襟翼运动机构的影响，在滑轮架组件与机身连接处添加衬套约束（ 通过改变梁力和衬套力的参数设置，探讨改变支撑刚度对运动机构的影响。运用这种方法重点致力于襟翼运动机构的适当简化和等价，可以分析多工况、多参数、非线性的襟翼运动，具有求解迅速、精确、耗时短的优点。 2009 年 国用户大会论文集 4图4 双缝襟翼运动机构动力学模型 3 仿真算例 据设置的初始条件、约束条 件、驱动和摩擦力(矩)等，通过改变梁力和衬套力的参数设置，可以进行襟翼运动机构的变刚度动力学仿真。 图5 驱动力矩曲线 2009 年 国用户大会论文集 5图6 滚轮接触力曲线 图7 衬套约束力和力矩曲线 x y z 图8 衬套约束振动速度曲线 从仿真结果可以看出，在将滑轨采用柔性体进行刚柔耦合分析时，支撑刚度与机构驱动力矩成正比，刚度越大所需驱动力矩越大；支撑阻尼会限制约束的振动幅值，但振动趋势随力和力矩的增大而增大。在运动过程中，由于构件柔性变形与机构运动的耦合而产生振动，表现为运动参数上较大幅度的振荡。为了保证机构能够运动到位，往往会施加较大的驱动力(矩)，这种情况会导致耦合振动的增大，并且在运动到位锁定时，尚有残余振动，如果残余2009 年 国用户大会论文集 6振动过大，也将会对机构系统产生不利的影响。因此在保证机构能够运动的情况下，需要控制机构的最大速度和加速度以控制驱动力(矩)，并合理设置支撑刚度与阻尼，这是控制耦合振动的一种有效方法。 4 结论 在过仿真环境集成完成双缝襟翼机构运动仿真和刚柔耦合分析，为其他机构的设计和研制提供了借鉴。提供的方法具有拓展性，可以对机构系统运动过程中的其他动态参数进行动力学仿真和变刚度简化求解。 要说明的是，模型设置参数有些是按照经验取值，需经实测数据校正，并作进