一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113536624A(43)申请公布日2021.10.22(21)申请号202110702788.0(22)申请日2021.06.24(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人李道春邵浩原姚卓尔阚梓(74)专利代理机构北京天汇航智知识产权代理事务所(普通合伙)11987代理人黄川史继颖(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06F30/17(2020.01)G06F30/15(2020.01)G06F111/04(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法(57)摘要本发明公开了一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法，通过对舰载机、前起落架、主起落架、拦阻钩、甲板、拦阻装置的建模进行分析，基于刚柔耦合动力学理论，构建完整拦阻着舰过程有限元模型，然后对有限元模型进行校验与修正，完成飞机拦阻着陆动力学仿真的构建过程。该模型的计算仿真过程更接近真实着舰状态，可以保证舰载机着舰过程起落架、拦阻钩索等关键部件结构动响应计算的准确性，同时具备一定的高效性，该模型可为甲板运动、舰尾流、钩索动态啮合、起落架缓冲特性、拦阻装置性能和飞行控制要素的计算提供接口，为解决起落架/拦阻钩等关键机构总体布局、参数定义、钩索动态参数匹配及确定理想着舰点等难题提供解决方案。CN113536624ACN113536624A权利要求书1/2页1.一种舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基于轮胎的胎面、胎侧、补强帘布层、胎体帘布层、轮辋、钢丝圈和气囊的材料属性，以及仿真得到的轮胎压缩量‑垂向载荷的无量纲化曲线与实际轮胎落震试验得到的轮胎压缩量‑垂向载荷曲线，对轮胎的刚度进行标定；对前起落架进行建模与仿真落震试验，将前起落架的仿真落震试验与实际前起落架落震试验进行对比，校核两个试验的前起落架缓冲支柱位移行程曲线和两个试验的下沉距离‑载荷曲线，确定前起落架的缓冲特性参数，得到前起落架的有限元模型；S2：利用步骤S1的方法对主起落架进行建模与校核，得到主起落架的有限元模型；S3：根据拦阻钩的结构，建立拦阻钩的体单元模型，根据拦阻钩缓冲装置的参数，定义拦阻钩缓冲装置的阻尼特性，得到拦阻钩的有限元模型；S4：建立舰载机的有限元模型，包括机翼模型和机身模型，将节点气动载荷加载至机翼模型的相应节点上，实现升力仿真；S5：建立甲板上拦阻索、甲板下拦阻索、滑轮、滑轮缓冲装置、主吸能装置、尾端缓冲装置、动‑定滑轮组以及甲板上拦阻索与甲板下拦阻索的接触类型、滑轮与甲板下拦阻索的接触类型、滑轮与滑轮缓冲装置的接触类型、动‑定滑轮组与主吸能装置的接触类型、尾端缓冲装置与甲板下拦阻索的接触类型，得到拦阻装置的有限元模型；通过离散的梁单元建立具有弹性的钢索模型，在所述钢索模型中不考虑梁单元的扭转特性；通过包围梁单元的壳单元模拟钢索外形，用于拦阻钩挂索判定；通过壳单元模拟所述滑轮缓冲装置、所述主吸能装置和所述尾端缓冲装置的外形，通过对bar单元设置弹性力、阻尼力、弹性力系数和阻尼力系数来模拟所述滑轮缓冲装置、所述主吸能装置和所述尾端缓冲装置的力学性能；将拦阻装置实测的滑轮转速与上述有限元模型仿真得到的滑轮转速对比，将拦阻试验得到的拦阻力‑时间曲线与上述有限元模型仿真得到的拦阻力‑时间曲线对比，验证拦阻装置的有限元模型的正确性；S6：定义甲板中心，基于甲板中心定义甲板的横荡运动、垂荡运动、纵荡运动、艏摇运动、横摇运动和纵摇运动，得到甲板的有限元模型；S7：定义各有限元模型间的接触和约束，接触包括前起落架与甲板的接触、主起落架与甲板的接触、拦阻钩与甲板的接触、滑索与滑轮的接触、拦阻索与甲板的接触以及拦阻钩与拦阻索的接触，约束包括位置约束和速度约束，得到描述舰载机拦阻着舰的刚柔耦合动力学模型；S8：根据舰载机拦阻着舰的实际工况要求设置舰载机的初始条件，通过所述刚柔耦合动力学模型仿真得到舰载机拦阻着舰滑行距离、拦阻力、关键部件结构应力应变以及前起落架和主起落架的机械结构的动态响应结果。2.如权利要求1所述的舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法，其特征在于，步骤S4中，所述节点气动载荷为分布在机翼有限单元节点上的分布力，分为气动升力、气动阻力和俯仰力矩。3.如权利要求1所述的舰载机拦阻着舰过程的刚柔耦合动力学建模仿真方法，其特征在于，步骤S8中，所述舰载机的初始条件包括飞机气动载荷、起落架缓冲力、发动机推力和拦阻钩系统缓冲力。2CN113536624A权利要求书2/2页4.如权利要求1所述的舰载