一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法技术

本发明专利技术属于飞机设计领域，涉及一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法，其特征在于，采用随形的配重进行筒状物颤振模型设计，第一，设计刚度：颤振模型和目标实物频率和模态相似度在95%以上；第二，设计外形：颤振模型和目标实物的气动外形一致；第三，设计质量：颤振模型和目标实物的质量、质心和转动惯量相似度在95%以上，随形的配重代替部分设计外形。其有益效果是：在兼顾了原有设计思路的同时，拓展了配重空间，增大了配重质量，使无独立配重空间筒状物颤振模型具备了设计可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法
本专利技术属于飞机设计领域，涉及一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法。
技术介绍
在飞机设计领域，对于无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法进行改进，一般在设计颤振模型时，设计质量即配重这一步是单独进行的，模型有独立的配重空间，需要多少配重直接在颤振模型上相应的配重点添加即可。以往的颤振模型设计，其缺点是：需要模型的空间和质量是协调的，即有足够的配重余量又有足够的配重空间。但当模型的空间和质量不协调，尤其是配重余量过多导致配重空间不足时，按照以往的设计方法就行不通了。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法，在配重余量过多导致配重空间不足时，仍然可以继续进行颤振模型设计。本专利技术的技术方案是：一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：第一，设计刚度：模型的刚度由骨架保证，在由骨架刚度和目标实物质量组合建立的有限元模型中，计算频率与目标实物的频率相似度误差在5%以内，计算模态与目标实物的模态相似度即MAC值在0.95以上；第二，设计外形：颤振模型的气动外形与目标实物的气动外形一致。即维形件的关键参数：直径，长度，位置，其颤振模型与目标实物完全相似；第三，设计质量：颤振模型和目标实物的质量、质心和转动惯量相似度误差在5%以内，配重是随形的，其占用了原本维形件的空间，所以实际增加质量=配重质量-被代替的维形件质量。本专利技术的优点是：1）配重是随形的，拓展了配重空间，增大了配重质量，使无法独立配重的筒状物颤振模型具备了设计可行性；2）设计过程较以往没有颠覆性的改变，基本遵循以往的设计流程，对于本专业设计人员没有增加设计难度。附图说明附图1是本专利技术实施例的总体示意图，图中相同的阴影代表相同的材料。附图2是本专利技术实施例骨架示意图；附图3是本专利技术实施例配重示意图；附图4是本专利技术实施例维形件示意图。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术作进一步详细的描述。一、设计刚度：模型的刚度由骨架保证，如图2所示，本实例的骨架使用密度为2.8g/cm3的7075，表面阳极化处理，其为略小于筒状物长度的一根直杆，截面为正方形，其边长为唯一变量；两处裸露的带孔平台用于模拟与其它模型的连接，平台的尺寸以够用且不突出外形为准，可酌情设计；在计算软件上，在自由-自由的工况下，在由骨架刚度和目标实物质量组合建立的有限元模型中，其第一阶固有频率与目标实物按相似比折算后的第一阶固有频率误差在5%以内，其第一阶固有模态与目标实物按相似比折算后的第一阶固有模态相似度（即MAC值）在0.95以上，这种情况下的边长就是符合刚度设计的边长，当然，固有频率误差越小越好，固有模态相似度越趋近于1越好。二、设计外形：模型的气动外形由维形件和配重共同来保证，如图3，4所示，但初始设计时是由维形件来保证的，配重只是替换了部分的维形件；本实例模型的维形件使用密度为0.4g/cm3的红松制作筒状物的筒体部分，其条纹沿着筒状物的筒身方向，使用密度为1g/cm3的层合板切割制作筒状物的突出部分。其外形由截面卡板和突出部分外形平面图来保证；其直径，长度，突出物的安装位置及形状与目标实物完全相似；制作筒状体部分时，分作对称的两半制作好，待称重、配重好之后再粘贴于骨架上，筒状体的突出部分安装于相应的位置上，上述的筒体和突出部分都完全模拟了目标实物的外形，至于两处裸露的带孔平台，当本模型与其它模型连接好后，用胶布顺着筒状外形粘好，可起到维形的作用，相当于此处也模拟了外形。三、设计质量：模型的质量由配重来保证，如图3所示，本实例的配重使用密度为11.3g/cm3的铅，其外截面经过车床加工为圆形，直径与筒状物的直径相同，保证了模拟筒状物外形的精度，其内截面掏出与骨架截面相同孔，即方孔，保证与骨架的紧密接触，配重时，先确定配重点的位置，然后根据颤振模型的配重余量，其质量、质心和转动惯量的相似原则推算配重质量；具体为,目标实物经过相似比换算后，其质量为M（单位：g，以下单位与此相同），沿X轴的质心为X（单位：mm，以前端顶点为原点，顺筒身方向为X轴，以下单位与此相同）,绕Y轴的转动惯量为IY（单位为：g.mm2，以下单位与此相同），未配重的模型，测得其质量为m，沿X轴的质心为x，绕Y轴的转动惯量为iY，配重余量为，质量M0，沿X轴的质心为X0，绕Y轴的转动惯量为IY0，满足如下关系：M=m+M0MX=mx+M0X0IY=iY+IY0由以上三个方程可求解得配重余量的M0，X0，IY0知道配重余量后，选取3个配重点，其质心分别为X1，X2，X3，其质量分别为M1，M2，M3，满足如下关系式：M1+M2+M3=M0M1X1+M2X2+M3X3=M0X0M1X12+M2X22+M3X32=IY0由以上三个方程可求解得配重质量M1，M2，M3注意，M1，M2，M3求解可能有负值，需选取合适的位置，使M1，M2，M3全为正值。本例中选取前、中、后三点作为配重点，所得配重值都为正，且质量较为均匀，非常理想。由于配重质量随形，所以还需要计算实际需要的配重空间，本例中就需要计算每一个配重长度，设定如下：筒状物模型的直径为d，骨架截面的边长为a，则M1的长度L1满足：(Π(d/2)2-a2)L1(11.3-0.4)=M1由此可以求出M1的长度L1，同理可求出L2和L3据此完全可以做出三块不同长度，相同截面的铅块，粘接时，在骨架相应位置涂上胶后，将配重套于其上，骨架中间的配重由于有平台阻碍套不进去，需先将配重切成两个半圆形，在断面处涂上胶，在骨架相应位置涂上胶后，套在骨架的相应位置，粘牢晾干。之后粘接维形件时，配重所在位置的维形件切掉即可粘接。按以上步骤设计制作好筒状物颤振模型后，整体测得第一阶固有频率相似度误差在±10%以内，第一阶模态相似度在0.9以上，符合颤振模型设计需求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：第一，设计刚度：颤振模型和目标实物频率和模态相似度在95%以上；第二，设计外形：颤振模型和目标实物的气动外形一致；第三，设计质量：颤振模型和目标实物的质量、质心和转动惯量相似度在95%以上，随形的配重代替部分设计外形。

【技术特征摘要】
1.一种无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：第一，设计刚度：颤振模型和目标实物频率和模态相似度在95%以上；第二，设计外形：颤振模型和目标实物的气动外形一致；第三，设计质量：颤振模型和目标实物的质量、质心和转动惯量相似度在95%以上，随形的配重代替部分设计外形。2.根据权利要求1所述的无独立配重空间筒状物颤振模型设计方法，其特征在于，模型的刚度由骨架保证，在由骨架刚度和目标实物质量组合建立的有限元模型中，计算频率与目标实物的频率相似度误差在5%以内，计算模态与目标实物的模态相似...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐振亮，脱朝智，张辉，钱卫，吴江鹏，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21