飞机刹车副温度场的瞬态有限元模型

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1、第31卷第3期2010年3月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31NO．3Mar．2010爻章编号：1000—6893(2010)03—0638—05飞机刹车副温度场的瞬态有限元模型薛晶，李玉忍，田广来，谭娟(西北工业大学自动化学院，西安陕西710072)TransientTemperatureFiniteElementModelofAirplaneDiskBrakesXueJing，LiYuren，TianGuanglai，TanJuan(CollegeofAutomation，Northwester

2、nPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：飞机制动过程中刹车装置产生的高温可使摩擦材料发生热降解，导致摩擦系数变化，出现热衰退现象，影响飞机的安全性能，因此飞机刹车副瞬态温度场分析日益受到关注。针对飞机刹车副瞬态温度场建立了具有对流和热辐射两种边界条件的有限元计算模型，分析了边界条件对温度场的影响，并用ANSYS对其进行仿真计算。仿真计算得到的温度与刹车副经验温度基本吻合，证明了所建立的有限元计算模型合理、可行，为飞机刹车装置温度场分析、计算和研究提供理论支持。关键词：计算机仿真；飞机；刹车；有限元方法；

3、温度场中图分类号：V226文献标识码：AAbstract：Theheatenergygeneratedduringthebrakingofanaircrafthasquitecloserelationswithitssafety；therefore，muchresearchinthisfieldhasbeenperformed．Thearticlebeginswithareviewoftheexistingliter—atureonthetemperaturefieldofairplanebraking，andreachestheconclusionth

4、atthereisnotheoreticalmath—ematicmodelwiththeboundaryconditionsofheatconvectionandradiation．Thisarticlepresentsathree-di—mensionalmodelusingthefiniteelementmethodwhichtakesintoaccountbothoftheboundaryconditions．Theprocessofderivingthemodelisexplainedindetail．Thenumericalsimulatio

5、nresultsbyANSYS，whichareingoodagreementwiththeempiricaldata，showtheimportanceoftheboundaryconditionsandthevalidityofthemodel．Thisfindingispotentiallysignificantinoptimizingthedesignofairplanediskbrakes．Keywords：computersimulation；aircraft；braking；finiteelementmethod；temperaturefi

6、eld飞机的刹车装置是保证飞机能正常起飞、刹停的重要系统。对于一般的刹车装置而言，刹车副温度在一次刹车后可以从室温上升到几百乃至上千摄氏度，这严重削弱了刹车副材料的热机械性能。目前还没有足够的试验手段来获得飞机刹车装置的瞬态温度场。由于系统的非线性、模型的复杂性以及难以确定的边界和初值条件，一般很难得到解析解。国外对温度场的研究比较早，发展也比较成熟。典型的一维温度场方程认为刹车副无限均匀接触，压力处处相等，二维轴对称方程则认为温度在圆周方向相同。A．Yevtushenko等[1]用Han—kel积分变换及Laplace变换求解了二维轴对称热传导方程。F

7、．Colin等口1提出一种混合法，对运动部分的热分析采用积分法，对固定部分则采用有限元方法计算。这种方法适合于高速摩擦，综合考虑了计算时间与结果存储空间。随后收稿日期：20090116：修订日期：200904—03通讯作者：薛晶Email：xuejin90413@163．cornA．Floquet和M．C．Dubourg又发展了这一个理论口4]，认为二维轴对称热传导方程与实验结果相比有较大的误差，用傅里叶快速变换一有限元方法(FFT—FEM)求解了三维瞬态热传导方程。K．Lee等[53推导出一个实用的刹车副模型，此模型建立在两个有限厚度刹车盘滑动过程上并

8、假设滑移速度为常值，在研究刹车副热问题中被广泛使用邸。7]。F．Kennedy等