一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法
【專利摘要】一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法（1）確定掛架典型載荷工況，計算各工況下飛行器的氣動載荷，以及根據(jù)直升機的飛行特性獲取各工況下飛行器的慣性載荷；（2）計算穩(wěn)定裝置及其連接部件的使用載荷；（3）建立掛架整體有限元分析模型，計算掛架各組成部分的使用載荷；（4）計算防擺止動器和吊耳的使用載荷；（5）分別取步驟（3）、（4）中防擺止動器和吊耳的較大使用載荷作為防擺止動器和吊耳的使用載荷；（6）將上步確定的防擺止動器使用載荷的0.1-0.3倍作為防擺止動器的預(yù)載荷；該預(yù)載荷與防擺止動器使用載荷之和作為防擺止動器的總載荷；（7）將確定吊耳使用載荷中的拉力作為爆炸螺栓的使用載荷，剩余載荷作為吊耳盒的使用載荷。
【專利說明】一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]針對飛行器通過特殊掛架搭乘直升機高速飛行并開展相關(guān)飛行試驗，本發(fā)明給出掛架的一種載荷設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)帶翼飛行器掛飛使用的載機平臺都是固定翼載機，掛架結(jié)構(gòu)可按標準選用，載荷設(shè)計方法可依據(jù)機載懸掛裝置接合部位通用設(shè)計準則。直升機機身外搭載運輸重型貨物時，一般以較低速度低空飛行，通常采用規(guī)范指定的單點或多點連接，這種連接方案傳力清晰、載荷易于分析和設(shè)計。與前二者不同，飛行器選擇直升機作為載機平臺，獲取一定的飛行速度和飛行高度后與直升機分離，所使用的掛架是一種新結(jié)構(gòu)方案，如圖1所示，包括萬向節(jié)6、5根鋼索1、主鋼架2、吊耳(由吊耳盒和爆炸螺栓組成)、防擺止動器和穩(wěn)定裝置3 (圖中301為穩(wěn)定裝置連接點)等組件，5根鋼索一端分別連接萬向節(jié)不同吊環(huán)孔，另一端連接到主鋼架不同支桿上；再由一根具有一定長度的中心鋼索12將萬向節(jié)與直升機11相連；下面通過2個吊耳和4個防擺止動器與飛行器13相連；主鋼架后方連接一個穩(wěn)定裝置以保證飛行器航向穩(wěn)定性，當(dāng)直升機飛行至指定窗口時，起爆爆炸螺栓，飛行器與掛架分離。
[0003]這種掛架的載荷設(shè)計在國內(nèi)的標準、規(guī)范和文獻體系中尚無明確規(guī)定性條文和可借鑒的設(shè)計方法，也因掛架新型而缺乏相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，因此，掛架載荷設(shè)計方法的正確性對掛架結(jié)構(gòu)設(shè)計和保證飛行器的安全可靠具有相當(dāng)?shù)闹匾浴?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對不同工況不同零部件，有效地組合有限元方法、工程計算方法和試驗研究并考慮可靠性要求，形成一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法，為準確設(shè)計任務(wù)剖面內(nèi)掛架主要零部件的載荷情況提供分析手段。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法，方法的適應(yīng)環(huán)境是直升機下方通過掛架搭載飛行器，所述的掛架包括鋼索、主鋼架、防擺止動器、吊耳和萬向節(jié)；其中吊耳包括吊耳盒以及安裝在吊耳盒內(nèi)部的爆炸螺栓；主鋼架后方安裝穩(wěn)定裝置以穩(wěn)定飛行器的姿態(tài)；步驟如下:
[0006](I)確定掛架典型載荷工況，計算各工況下飛行器的氣動載荷，以及根據(jù)直升機的飛行特性獲取各工況下飛行器的慣性載荷；
[0007](2)根據(jù)第(I)步確定的典型載荷工況和穩(wěn)定裝置特性，計算穩(wěn)定裝置及其連接部件的使用載荷；
[0008](3)建立掛架整體有限元分析模型，根據(jù)步驟(I)確定的典型載荷工況，在相應(yīng)工況下，將步驟(2)計算的使用載荷施加在掛架與穩(wěn)定裝置的連接處，將步驟(I)計算的氣動載荷、慣性載荷加載在飛行器的質(zhì)心位置；根據(jù)掛架各組成部分的受力情況及力的傳遞特性，計算掛架各組成部分的使用載荷；[0009](4)根據(jù)工程計算公式，計算防擺止動器和吊耳的使用載荷；
[0010](5)分別取步驟(3)、(4)中防擺止動器和吊耳的較大使用載荷作為防擺止動器和吊耳的使用載荷；
[0011](6)將步驟(5)中確定的防擺止動器使用載荷的0.1-0.3倍作為防擺止動器的預(yù)載荷；該預(yù)載荷與步驟(5)中確定的防擺止動器使用載荷之和作為防擺止動器的總載荷；
[0012](7)將步驟(5)中確定吊耳使用載荷中的拉力作為爆炸螺栓的使用載荷，剩余載荷作為吊耳盒的使用載荷。
[0013]所述鋼索的使用載荷在步驟(3)計算值的基礎(chǔ)上提高0.5-1倍；萬向節(jié)的使用載荷取鋼索的使用載荷。
[0014]所述的主鋼架的使用載荷在步驟(3)計算值的基礎(chǔ)上，依據(jù)鋼索提高后的使用載荷以及步驟(6)中防擺止動器的總載荷、步驟(7)中吊耳盒的使用載荷重新進行受力分析確定使用載荷。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為:
[0016](I)本發(fā)明克服直升機掛飛飛行器掛架載荷設(shè)計中無設(shè)計標準、規(guī)范和參考的難題，針對由鋼索、爆炸螺栓式新型吊耳結(jié)構(gòu)和防擺止動器等構(gòu)成的掛架，有效地組合有限元方法、工程計算方法和試驗研究并考慮可靠性要求，形成一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法，為準確設(shè)計任務(wù)剖面內(nèi)掛架主要零部件的載荷情況提供分析手段。
[0017](2)本發(fā)明從系統(tǒng)級和結(jié)構(gòu)細部不同層面描述了懸掛掛架承載機理，克服了有限元建模難點，采用剛?cè)狁詈辖７治黾夹g(shù)，建立了系統(tǒng)級分析模型。并針對“止擺器-主鋼架-吊耳”復(fù)雜傳力路徑的預(yù)載荷設(shè)計和控制問題，提出預(yù)載荷預(yù)設(shè)值和試驗研究相結(jié)合的解決方法，為相似結(jié)構(gòu)載荷設(shè)計提供思路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1直升機掛飛飛行器掛架示意；
[0019]圖2為本發(fā)明流程圖；
[0020]圖3為本發(fā)明掛架結(jié)構(gòu)及主要零部件；
[0021]圖4為本發(fā)明掛架及飛行器有限元模型。
【具體實施方式】
[0022]一種飛行器掛架載荷設(shè)計流程如附圖2所示，下面依據(jù)該設(shè)計過程對本發(fā)明的實現(xiàn)做出詳細的說明。
[0023](I)確定掛架典型載荷工況，計算各工況下飛行器的氣動載荷，以及根據(jù)直升機的飛行特性獲取各工況下飛行器的慣性載荷；
[0024]針對直升機/掛架/飛行器組合體在起吊、加速爬升、轉(zhuǎn)彎、投放窗口、系留返回等不同情況，確定起吊、加速爬升和高速平直飛行三個典型工況。各工況的飛行器氣動載荷可以采用目前常用的CFD數(shù)值算法進行計算；各工況的慣性依據(jù)直升機飛行性能確定，如直升機起吊時法向過載系數(shù)為2.0-2.5，加速爬升時，法向過載系數(shù)為1.1-1.5、航向過載系數(shù)0.3等，慣性載荷為過載系數(shù)與飛行器重力的乘積，一般取較大值。
[0025](2)根據(jù)第(I)步確定的典型載荷工況和穩(wěn)定裝置特性，計算穩(wěn)定裝置及其連接部件的使用載荷；
[0026]由第(I)步載荷工況，選擇不同高度、不同速度參數(shù)，穩(wěn)定裝置及其連接部件的載荷由下式給出，
【權(quán)利要求】
1.一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法，方法的適應(yīng)環(huán)境是直升機下方通過掛架搭載飛行器，所述的掛架包括鋼索、主鋼架、防擺止動器、吊耳和萬向節(jié)；其中吊耳包括吊耳盒以及安裝在吊耳盒內(nèi)部的爆炸螺栓；主鋼架后方安裝穩(wěn)定裝置以穩(wěn)定飛行器的姿態(tài)；其特征方法步驟如下: (1)確定掛架典型載荷工況，計算各工況下飛行器的氣動載荷，以及根據(jù)直升機的飛行特性獲取各工況下飛行器的慣性載荷； (2)根據(jù)第(I)步確定的典型載荷工況和穩(wěn)定裝置特性，計算穩(wěn)定裝置及其連接部件的使用載荷； (3)建立掛架整體有限元分析模型，根據(jù)步驟(I)確定的典型載荷工況，在相應(yīng)工況下，將步驟(2)計算的使用載荷施加在掛架與穩(wěn)定裝置的連接處，將步驟(I)計算的氣動載荷、慣性載荷加載在飛行器的質(zhì)心位置；根據(jù)掛架各組成部分的受力情況及力的傳遞特性，計算掛架各組成部分的使用載荷； (4)根據(jù)工程計算公式，計算防擺止動器和吊耳的使用載荷； (5)分別取步驟(3)、(4)中防擺止動器和吊耳使用載荷的較大值作為防擺止動器和吊耳的使用載荷； (6)將步驟(5)中確定的防擺止動器使用載荷的0.1-0.3倍作為防擺止動器的預(yù)載荷；該預(yù)載荷與步驟(5)中確定的防擺止動器使用載荷之和作為防擺止動器的總載荷； (7)將步驟(5)中確定吊耳使用載荷中的拉力作為爆炸螺栓的使用載荷，剩余載荷作為吊耳盒的使用載荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法，其特征在于:所述鋼索的使用載荷在步驟(3)計算值的基礎(chǔ)上提高0.5-1倍；萬向節(jié)的使用載荷取鋼索的使用載荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種飛行器掛架載荷設(shè)計方法，其特征在于:所述的主鋼架的使用載荷在步驟(3)計算值的基礎(chǔ)上，依據(jù)鋼索提高后的使用載荷以及步驟(6)中防擺止動器的總載荷、步驟(7)中吊耳盒的使用載荷重新進行受力分析確定使用載荷。
【文檔編號】G06F17/50GK103593515SQ201310526789
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】張華山, 何詠梅, 張家雄, 張輝, 張世軍, 曹曉瑞, 陳洪波, 楊勇, 朱永貴, 張旭輝 申請人:中國運載火箭技術(shù)研究院