一種針對靜氣動彈性分析的型架外形的設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及飛機氣動力設計領域，特別是涉及一種針對靜氣動彈性分析的型架外形的設計方法。
【背景技術】
[0002]氣動彈性力學是研究空氣動力與飛行器結構彈性變形相互作用及其對飛行影響的學科。它的研究內容涉及空氣動力學、飛機結構力學和大氣層飛行動力學等方面。飛行器的結構不可能是絕對剛硬的，在空氣動力作用下會發(fā)生彈性變形；這種彈性變形反過來又使空氣動力隨之改變，從而又導致進一步的彈性變形，這樣就構成了一種結構變形與空氣動力交互作用的所謂氣動彈性現(xiàn)象。氣動彈性對飛行器的操縱性和穩(wěn)定性會產生顯著影響，嚴重時會使結構破壞或造成飛行事故。因此氣動彈性問題是飛行器(特別是一些剛度較小而速度較高的飛機)設計中需要考慮的一個重要問題。
[0003]氣動彈性對飛行影響的問題，主要是從結構強度和飛行器的動態(tài)特性(操縱性、穩(wěn)定性)兩個方面進行研究的。常遇到的有變形發(fā)散、操縱反效和靜穩(wěn)定性影響等氣動彈性靜力學問題，以及顫振、陣風響應、抖振、動穩(wěn)定性和操縱反應等氣動彈性動力學問題。例如大展弦比飛機，其彈性氣動力特性主要屬于氣動彈性靜力學問題，指的是結構彈性對氣動力特性的影響。
[0004]目前，彈性氣動力特性分析方法是計算巡航外形下的氣動力，使用巡航外形結構有限元模型進行靜氣動彈性計算分析，得到彈性氣動力特性計算結果。但這并不符合真實情況，因為飛行器在生產時采用的是型架外形(即地面外形)；而對于大展弦比的飛機，主要是針對巡航外形設計，無法保證型架外形在設計巡航狀態(tài)飛行時，氣動性能能夠恢復到巡航設計狀態(tài)，從而使得彈性氣動力特性分析結構不夠精確。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供了一種針對靜氣動彈性分析的型架外形的設計方法，能夠解決目前的型架外形導致彈性氣動力特性分析結構不夠精確的問題。
[0006]—種針對靜氣動彈性分析的型架外形的設計方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一、設置一個未受載條件下的基礎外形；
[0008]步驟二、根據所述基礎外形建立靜氣動彈性計算模型，計算得到巡航外形；
[0009]步驟三、獲取所述巡航外形結構有限元模型，根據所述巡航外形結構有限元模型進行平衡載荷反加載計算，得到型架外形；
[0010]步驟四、將所述型架外形進行地面試驗驗證和彈性風洞試驗驗證。
[0011]優(yōu)選的，在所述步驟二中，所述靜氣動彈性計算模型包括氣動力計算模型、質量模型以及氣動/結構耦合模型。
[0012]優(yōu)選的，在所述步驟三中，還包括:
[0013]步驟3.1、根據所述型架外形重構所述巡航外形結構有限元模型；
[0014]步驟3.2、將重構的所述巡航外形結構有限元模型進行1G平衡載荷計算，得到的重構外形；
[0015]步驟3.3、將所述重構外形與所述巡航外形進行對比，若翼尖位置差量相差不超過10_，同時翼尖扭轉角差量相差不超過1°，則進行1G平衡載荷計算前的外形即為型架外形；
[0016]若翼尖位置相差超過10mm，或者翼尖扭轉角差量相差超過1°，則返回調整步驟三中所述巡航外形結構有限元模型，直到翼尖位置差量相差不超過10mm，同時翼尖扭轉角差量相差不超過1°。
[0017]優(yōu)選的，在所述步驟四中是依據所述型架外形設計彈性風洞試驗模型，再進行所述地面試驗驗證和彈性風洞試驗驗證。
[0018]優(yōu)選的，所述地面試驗驗證包括:
[0019]將所述地面試驗得到的模型剛度矩陣與所述型架外形仿真計算得到的剛度矩陣進行對比，若相差超過10%，則更改所述彈性風洞試驗模型剛度水平，直到與型架外形仿真計算得到的剛度矩陣的差值小于10%。
[0020]優(yōu)選的，所述風洞試驗驗證包括:
[0021]將所述風洞試驗得到的翼尖彈性變形量與所述型架外形仿真計算得到的翼尖彈性變形量進行對比，若相差超過10_，或翼尖扭轉角差量相差超過1°，則更改型所述架外形結構有限元模型的剛度水平，直到與所述型架外形仿真計算得到的翼尖彈性變形量相差不超過10mm，或翼尖扭轉角差量相差不超過1°。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0023]本發(fā)明的針對靜氣動彈性分析的型架外形的設計方法中，將得到的型架外形進行地面試驗驗證和彈性風洞試驗驗證，使得型架外形更能夠滿足彈性氣動力特性分析，提高了分析的準確性。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明針對靜氣動彈性分析的型架外形的設計方法流程圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明實施的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
[0026]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0027]下面結合附圖1對本發(fā)明針對靜氣動彈性分析的型架外形的設計方法做進一步詳細說明。
[0028]本發(fā)明提供了一種針對靜氣動彈性分析的型架外形的設計方法，包括如下步驟:
[0029]步驟一、設置一個未受載條件下的基礎外形，此時外形類似一個平面。
[0030]步驟二、根據基礎外形(以及操縱面特點等)建立靜氣動彈性