1 概述
根據(jù)某型飛機(jī)總體技術(shù)方案要求,機(jī)身尾段43~44框間布置有紅外/紫外掃描儀探測(cè)設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱探測(cè)設(shè)備),為同時(shí)滿足其功能及安全防護(hù)要求,機(jī)身下部需增設(shè)一套保護(hù)艙門,探測(cè)設(shè)備工作時(shí)艙門順利開啟,探測(cè)設(shè)備休眠時(shí)艙門關(guān)閉對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。
為提高探測(cè)設(shè)備艙門設(shè)計(jì)水平并加快研制進(jìn)度,通過借助HyperWorks軟件中的多體仿真模塊MotionView,對(duì)其建立了剛體系統(tǒng)仿真模型,驗(yàn)證了其運(yùn)動(dòng)原理,并以此為基礎(chǔ),將剛體部件替換為柔性體,得到了其運(yùn)動(dòng)過程中的應(yīng)力及變形情況,驗(yàn)證了其強(qiáng)度、剛度,并作為進(jìn)一步優(yōu)化的依據(jù)。
2 探測(cè)設(shè)備艙門多體動(dòng)力學(xué)模型
2.1剛體模型
剛體動(dòng)力學(xué)模型采用CAD建模法,利用CATIA建立三維模型,并附之材料屬性,然后將所有固聯(lián)的零組件整合成子裝配,測(cè)量每個(gè)子裝配的質(zhì)量特性及其之間運(yùn)動(dòng)副的連接點(diǎn)坐標(biāo),再將其作為MotionView中BODY的參數(shù)輸入。而模型的外形通過MotionView自身功能將子裝配轉(zhuǎn)換成H3D文件,然后在生產(chǎn)Graphic時(shí),直接以文件形式將H3D文件導(dǎo)入即可。最終模型由20個(gè)運(yùn)動(dòng)體,24個(gè)運(yùn)動(dòng)副組成。如圖1所示。
圖1 探測(cè)設(shè)備艙門剛體模型
2.2柔體模型
在己建立的剛體多體動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上,將各剛體部件替換為柔性體。生成柔性體時(shí),首先需要通過Hypermesh建立其有限元模型,而柔性體部件內(nèi)部零組件之間的連接,在有限元建立階段通過共節(jié)點(diǎn)或剛性單元固接。圖2~圖6是要建立柔性體部件的有限元模型。
圖2 機(jī)架有限元模型
圖3 中心軸一搖臂有限元模型
圖4 調(diào)節(jié)拉桿有限元模型
圖5 轉(zhuǎn)軸-L型擺架有限元模型
圖6 艙門有限元模型
采用模態(tài)綜合法縮減模型自由度,提取有限元模型的前15階模態(tài)進(jìn)行柔性體建模,最終建立的柔性體多體動(dòng)力學(xué)模型如圖7所示。
圖7 探測(cè)設(shè)備艙門柔性體模型
3 運(yùn)動(dòng)仿真
探測(cè)設(shè)備艙門按一個(gè)正常工作循環(huán)進(jìn)行仿真,即打開艙門(0~30秒)一關(guān)閉艙門(30~60秒),省略中間與艙門運(yùn)動(dòng)無關(guān)的工作過程。
通過*include(“子程序目錄”)函數(shù),將設(shè)置運(yùn)動(dòng)副摩擦系數(shù)的子程序讀入主程序中。而外載荷按時(shí)間曲線輸入,方向主要來自Y、Z(艙門外形輪廓與X方向近似平行,因此忽略此方向上的外載),其力值大小根據(jù)打開過程中艙門在外載方向上的投影面積進(jìn)行折算。最終可將艙門運(yùn)動(dòng)仿真過程分為以下兩個(gè)工況。
3.1工況I(側(cè)風(fēng)順Z軸正向)
當(dāng)側(cè)風(fēng)載荷順著Z軸正向襲來時(shí),對(duì)于對(duì)稱打開的艙門而言,可認(rèn)為外載施加于右側(cè)門頁(圖7),而左側(cè)門頁受到前者遮擋而不受力,因此其載荷曲線可按圖8輸入。
圖8.1 右側(cè)門頁Y向載荷曲線
圖8.2 右側(cè)門頁Z向載荷曲線
圖8.3 左側(cè)門頁Y向載荷曲線
3.2工況II(側(cè)風(fēng)逆Z軸正向)
當(dāng)側(cè)風(fēng)載荷逆著Z軸正向襲來時(shí),對(duì)于對(duì)稱打開的艙門而言,可認(rèn)為外載施加于左側(cè)門頁(圖7),而右側(cè)門頁受到前者遮擋而不受力,因此其載荷曲線可按圖9輸入。
圖9.1 右側(cè)門頁Y向載荷曲線
圖9.2 左側(cè)門頁Y向載荷曲線
圖9.3 左側(cè)門頁Z向載荷曲線
4 計(jì)算結(jié)果
本報(bào)告多體分析計(jì)算使用Altair MotionSolve程序進(jìn)行。
報(bào)告僅給出探測(cè)設(shè)備艙門在運(yùn)動(dòng)過程中,主要數(shù)值曲線圖及關(guān)鍵部件應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D。
4.1數(shù)值曲線圖
4.1.1電動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載力矩曲線
電動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載力矩曲線見圖10,其中虛線為工況I力矩曲線,實(shí)線為工況II力矩曲線,橫軸表示時(shí)間,縱軸表示電機(jī)負(fù)載力矩值,并規(guī)定負(fù)載力矩順航向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正,反之為負(fù)向。對(duì)比兩曲線后可知,艙門打開與關(guān)閉過程中,最大負(fù)載力矩均出現(xiàn)在工況II,對(duì)應(yīng)時(shí)間分別為19.5秒,40.5秒,力矩值分別為27574.8N.mm,27419.5N.mm。另外艙門打開時(shí),在21.3秒之前,負(fù)載力矩對(duì)艙門開啟呈阻力矩,在21.3秒之后,負(fù)載力矩對(duì)艙門開啟呈牽引力矩;艙門關(guān)閉時(shí),在38.7秒之前,負(fù)載力矩對(duì)艙門開啟呈阻力矩,在38.7秒之后,負(fù)載力矩對(duì)艙門開啟呈牽引力矩。
圖10 電動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載力矩值曲線
4.1.2時(shí)間一角度曲線
時(shí)間一角度曲線如圖11所示,其中實(shí)線為電動(dòng)機(jī)構(gòu)角度曲線,虛線為右側(cè)艙門角度曲線,雙點(diǎn)劃線為左側(cè)艙門角度曲線。由圖11可知,兩側(cè)艙門打開角度近似相等,約為143.2°,而且兩條曲線近似擬合,說明兩者同步性較好。另外,在艙門開啟末尾階段,兩側(cè)艙門的角度曲線比較平穩(wěn),這說明艙門開啟角度對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過的角度不敏感,開啟機(jī)構(gòu)比較穩(wěn)健,這種特性非常關(guān)鍵,可有效避免電動(dòng)機(jī)構(gòu)角度誤差或波動(dòng)對(duì)艙門打開角度的影響。
圖11 時(shí)間一角度曲線
4.2柔性體應(yīng)力及變形云圖
本節(jié)給出的應(yīng)力及變形云圖,為兩種工況中較大的情況。
4.2.1機(jī)架應(yīng)力及變形云圖
機(jī)架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在工況II的連接板上,其值為87.91Mpa。機(jī)架的最大變形出現(xiàn)在工況II的止動(dòng)套筒上,其值為0.56mm。
圖12 機(jī)架應(yīng)力及變形云圖
4.2.2中心軸一搖臂應(yīng)力及變形云圖
中心軸一搖臂的最大應(yīng)力及變形均出現(xiàn)在工況II的搖臂上,其值分別為257.92Mpa,0.07mm。
圖13 中心軸一搖臂應(yīng)力及變形云圖
4.2.3調(diào)節(jié)拉桿應(yīng)力及變形云圖
調(diào)節(jié)拉桿的最大應(yīng)力及變形均出現(xiàn)在工況I的艙門右側(cè)第二調(diào)節(jié)拉桿上,其值分別為246.71Mpa,0.1mm。
圖14 調(diào)節(jié)拉桿應(yīng)力及變形云圖
4.2.4轉(zhuǎn)軸-L型擺架應(yīng)力及變形云圖
艙門左側(cè)轉(zhuǎn)軸-L型擺架組件在工況II時(shí)應(yīng)力出現(xiàn)最大值,其值為131.93Mpa,而最大變形出現(xiàn)在工況I右側(cè)轉(zhuǎn)軸-L型擺架組件上,其值為0.1mm。
圖15 轉(zhuǎn)軸-L型擺架應(yīng)力及變形云圖
4.2.5艙門應(yīng)力及變形云圖
艙門的最大應(yīng)力及變形均出現(xiàn)在工況I右側(cè)艙門的合頁上,其值分別為26.419Mpa,0.025mm。
圖16 艙門應(yīng)力及變形云圖
5 電機(jī)負(fù)載力矩值及艙門開啟角度校核
5.1校核標(biāo)準(zhǔn)
按照Y7Ⅲ-XZ04-812《MA60型飛機(jī)H狀態(tài)紅外/紫外掃描儀艙門電動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)協(xié)議書》的規(guī)定,電動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)輸出力矩值為48000N.mm,取許用力矩值Fb為48000N.mm。力矩值剩余系數(shù)η=Fb/Fμ,其中Fμ是計(jì)算力矩值。按照Y7Ⅲ-JT04-506《MA60型飛機(jī)H狀態(tài)紅外/紫外掃描儀艙門安裝技術(shù)條件》的規(guī)定,兩側(cè)艙門打開角度不小于13°,取許用角度為135°。
5.2校核結(jié)果
表1 力矩校核結(jié)果
表2 角度校核結(jié)果
6 艙門強(qiáng)度剛度校核
6.1衛(wèi)校核標(biāo)準(zhǔn)
材料性能取自《工程材料實(shí)用手冊(cè)》第3冊(cè),強(qiáng)度校核公式取自《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第9冊(cè)。零部件強(qiáng)度校核公式為η=σb/σν,其中σb是強(qiáng)度極限,σν是單元的Von Mises綜合應(yīng)力,η是剩余強(qiáng)度。
6.2強(qiáng)度校核結(jié)果
表3 各部件強(qiáng)度校核結(jié)果
6.3剛度校核結(jié)果
表4 各部件剛度校核結(jié)果
7 結(jié)論
本文應(yīng)用Hyperworks軟件中的MotinView模塊,對(duì)探測(cè)設(shè)備艙門進(jìn)行了多體動(dòng)力學(xué)分析,理清了其運(yùn)動(dòng)機(jī)理,驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性,并分析了艙門的受力特性,評(píng)估了艙門的設(shè)計(jì)性能,包括電動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載力矩值,艙門開啟角度,各零部件運(yùn)動(dòng)過程中的應(yīng)力應(yīng)變及相對(duì)變形,有效提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平,顯著縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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