【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞机载荷设计，涉及一种水上飞机动态着水载荷计算方法。
技术介绍
1、水上飞机结构设计时，必须考虑飞机在不同波浪形态、不同环境下着水时机体结构产生的载荷情况。以往，主要是采用经验公式的方法计算刚体飞机在以不同姿态着水时的静态水载荷，未考虑波浪动态特性以及飞机弹性变形的影响，不能真实评估水上飞机结构的受载情况，影响到飞机的结构安全和结构重量的优化迭代。
技术实现思路
1、专利技术目的
2、提供一种水上飞机动态着水载荷的计算方法，真实评估水上飞机结构的受载情况。
3、技术方案
4、一种水上飞机动态着水载荷的计算方法，依据刚度分布和质量分布数据建立动态着水响应分析模型，结合飞机参数计算不同海况下的单一波、规则波形态及特性，利用模态瞬态响应法分别求解飞机遭遇单一波、规则波时的增量载荷响应，并叠加基准载荷，得到飞机的动态着水载荷，然后考虑安全系数，选取各部件的极限载荷极值，组成飞机动态着水极限载荷包线。
5、所述的一种水上飞机动态着水载荷的计算方法包括如下步骤：
6、步骤1、根据刚度分布数据、质量分布数据以及建模规则，结合气弹分析采用的结构模型，建立动态着水响应分析模型；
7、步骤2、结合飞机参数、海浪参数、建模规则，建立不同海况下单一波、规则波的动态特性模型；
8、步骤3、利用模态瞬态响应法分别求解飞机遭遇单一波、规则波的响应特性，结合模型节点和坐标定义规则，获取各部件的增量载荷；
10、步骤5、考虑安全系数，提取各部件极限载荷极值，组成飞机动态着水极限载荷包线。
11、步骤1中，建模规则为：依据结构刚度、连接刚度等效的原则，将大部件结构(包括机身、机翼、垂尾、平尾)简化为单梁结构，每个大部件之间使用梁元分别连接；对于大质量外挂物(如发动机短舱、浮筒等)简化为集中质量元，使用梁元与机翼连接。采用的结构模型应经过全机地面共振试验(gvt)试验结果修正。
12、步骤2中，飞机参数包括但不限于飞机失速速度、飞机重心及重心处的斜升角、飞机设计着水重量。海浪参数包括但不限于波高、波长、波速、频率、载荷峰值、载荷增长时间，通过计算波浪的特征参数。建模规则如下：
13、对于单一波，载荷增长时间为0.065s～0.25s，载荷峰值计算公式如下：
14、
15、式中，fw1——单一波载荷峰值，n；w——飞机重量，kg；g——重力加速度，m/s2；c1——经验系数，取0.0348；vs0——飞机襟翼打开到相应着水位置，不考虑滑流影响的失速速度，m/s；β——载荷作用纵向站位处的斜升角，°。
16、对于规则波，载荷增长时间为0.1s，周期数取3～4，频率的计算公式如下：
17、
18、式中，f——遭遇频率，hz；——波速，m/s；v1——飞机水上滑行速度，m/s；l——波长，m。波长l按海浪的长高比范围考虑，长高比l/h1/3取20～40，h1/3为有义波高。通过调整长高比、有义波高等参数使频率与飞机的前5～6阶弹性频率相等。
19、规则波的载荷峰值考虑波高、波长的影响，计算公式如下：
20、
21、式中，fw2——规则波载荷峰值，n；h1——计算波高，m；h0——设计有义波高，m。
22、对于单一波，持续时长取2l/v1；对于规则波，持续时长取6l/v1。
23、步骤3中，结合动态着水响应分析模型，并与单一波、规则波的动态特性模型合并，按照工况要求和建模规则分别生成单一波、规则波的动态着水响应分析模型、分析主文件及批处理文件，结合模型节点和坐标定义规则，快速获取各部件的动态增量载荷。坐标定义规则与全机坐标定义一致。
24、步骤4中，将飞机遭遇单一波、规则波的增量载荷与对应的2/3g基准载荷相加，得到其限制动态着水载荷。
25、步骤5中，飞机遭遇单一波的动态着水载荷取1.5，飞机遭遇规则波的动态着水载荷取1.3。
26、本申请的有益效果在于：
27、飞机在着水过程中，飞机结构承受水面载荷的作用力并发生弹性变形，机体结构载荷分布随之变化。本专利技术提供了一种水上飞机动态着水载荷的计算方法，考虑了波浪动态特性以及飞机弹性变形的影响，通过批处理方式快速获取各部件的动态着水载荷，提高计算效率，能真实评估水上飞机结构的受载情况，有利于降低飞机结构设计风险和提高飞机结构重量的优化迭代效率，为飞机载荷设计和结构强度设计提供了依据。本专利技术提供的方法还可以用于飞机着陆和滑行情况下的动响应分析，确定飞机在着陆和滑行情况下的载荷响应特性，确保飞机机体结构安全。
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1.一种水上飞机动态着水载荷的计算方法，其特征在于，依据刚度分布和质量分布数据建立动态着水响应分析模型，结合飞机参数计算不同海况下的单一波、规则波形态及特性，利用模态瞬态响应法分别求解飞机遭遇单一波、规则波时的增量载荷响应，并叠加基准载荷，得到飞机的动态着水载荷，然后考虑安全系数，选取各部件的极限载荷极值，组成飞机动态着水极限载荷包线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，建模规则为：依据结构刚度、连接刚度等效的原则，将大部件结构简化为单梁结构，每个大部件之间使用梁元分别连接；对于大质量外挂物简化为集中质量元，使用梁元与机翼连接；采用的结构模型应经过全机地面共振试验GVT试验结果修正。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2中，飞机参数包括但不限于飞机失速速度、飞机重心及重心处的斜升角、飞机设计着水重量；海浪参数包括但不限于波高、波长、波速、频率、载荷峰值、载荷增长时间，通过计算波浪的特征参数；建模规则如下：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对于规
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3中，结合动态着水响应分析模型，并与单一波、规则波的动态特性模型合并，按照工况要求和建模规则分别生成单一波、规则波的动态着水响应分析模型、分析主文件及批处理文件，结合模型节点和坐标定义规则，快速获取各部件的动态增量载荷；坐标定义规则与全机坐标定义一致。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤4中，将飞机遭遇单一波、规则波的增量载荷与对应的2/3g基准载荷相加，得到其限制动态着水载荷。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤5中，飞机遭遇单一波的动态着水载荷取1.5，飞机遭遇规则波的动态着水载荷取1.3。
...【技术特征摘要】
1.一种水上飞机动态着水载荷的计算方法，其特征在于，依据刚度分布和质量分布数据建立动态着水响应分析模型，结合飞机参数计算不同海况下的单一波、规则波形态及特性，利用模态瞬态响应法分别求解飞机遭遇单一波、规则波时的增量载荷响应，并叠加基准载荷，得到飞机的动态着水载荷，然后考虑安全系数，选取各部件的极限载荷极值，组成飞机动态着水极限载荷包线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，建模规则为：依据结构刚度、连接刚度等效的原则，将大部件结构简化为单梁结构，每个大部件之间使用梁元分别连接；对于大质量外挂物简化为集中质量元，使用梁元与机翼连接；采用的结构模型应经过全机地面共振试验gvt试验结果修正。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2中，飞机参数包括但不限于飞机失速速度、飞机重心及重心处的斜升角、飞机设计着水重量；海浪...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚日通，杨荣，周立胜，
申请(专利权)人：中航通飞华南飞机工业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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