A320飞机方向舵载荷计算软件开发-.pdf

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1、培训TRAINING*A320飞机方向舵载荷计算软件开发DevelopmentofA320RudderLoad-CalculatingSoftware■周莉罗鹏谢晓辉胡伟李昊远/中国民航大学摘　要：飞机静力试验是验证其结构静强度的重要手段。本文在国内相关飞机机身和机翼静力试验设计的基础上，选取空客A320飞机方向舵，基于有限元思想模型简化，确定加载点及加载方式，并使用MATLAB软件对方向舵的结构静强度和飞行过程中舵面上的载荷进行初步数据分析，开发了计算载荷分布软件。该软件可用于民航专业教学，有助于学生了

2、解方向舵受力的特点，同时为A320方向舵静力试验实验室的建造提供理论依据。关键词：静力试验；结构强度；数据分析；MATLAB软件Keywords：statictest；structuralstrength；dataanalysis；MATLABsoftware0引言的评估。研究工作主要包括以下四个方面。力点上，试验加载时容易引起局部变形破静力试验是分析和研究飞机结构1)基于有限元思想的模型简化；坏；三点挑载荷等效的计算方法虽然可以或构件在静载荷作用下的强度、刚度以2)加载点及其加载方式的确定；保证加载点落

3、在结构承力点上，但在结构及应力、应变，验证飞机结构强度的重3)具体分析思路；的边界上必须布置加载点，造成加载点布要手段。通过查阅飞机设计规范，获得4)MATLAB软件数据处理。置上的困难；多点挑载荷等效方法统筹考A320飞机方向舵在典型偏转角下的压虑了所有气动力网点和所有预先布置的加力分布曲线，利用静力等效原则将方向1基于有限元思想的模型简化载点，避免了传统等效方法中的缺点，可舵的分布载荷简化为作用在若干点处的飞机结构的气动分布载荷，通常先以根据实际载荷情况布置加载点的位置，集中载荷，由此可以进一步分析各

4、点受转化为气动力网点上的气动力载荷，这算法实现简单，容易编制计算机程序进行力和变形等具体情况，为研究结构受力、些网点一般是横向等百分线与若干纵向自动计算。所以综合考虑后选择多点挑载材料维护提供数据支持。控制线相交形成的网点群。这些网点群荷等效方法。在此基础上开发A320飞机方向舵将飞机结构上无限多个载荷分布点简化载荷分布计算软件，用户可以通过设定为有限多个，为计算、分析载荷提供便2加载点及其加载方式的确定[1]方向舵偏转角，得到舵面上各点的载荷利。网点群的密度可以根据需要进行划多点挑载荷等效方法又叫作能分

5、布，为方向舵的静力试验提供可靠的分。本文在研究飞机方向舵载荷时运用量最小法。对于一个气动力网点O，其理论依据。目前该类型软件主要在飞机此方法进行模型简化。坐标为(X0,Z0)，其上载荷为P0。假设预制造厂内部使用，尚没有用于教学的版关于飞机结构静强度试验载荷等效先布置好的所有加载点{(Xi,Zi)，i=1、2…本。因此开发出一款用于民航专业教学的方法有很多种，如多点向一点集中载荷N}与该气动力网点O之间存在一虚拟所用的软件，不仅便于学生学习使用，而等效、三点挑载荷等效和多点挑载荷等效梁元，它们都是O点一端

6、固支的悬臂梁，且可为A320方向舵静力试验实验室的建方法等。多点向一点集中载荷等效可以保如图1所示。其自由端即加载点分配到造提供理论依据。证总载荷的大小和压心。但加载点的位置载荷Pi时的变形能为：U=1P2L3iii本文构建的方向舵模型及其静力试不能人为确定，而是依赖于计算的结果，6EJ验模拟提供了A320飞机方向舵结构强度这样就不能保证加载点正好落在结构的承其中，EJ为虚梁元的抗弯刚度，于是整个系统的变形能为：N*基金项目：大学生创新创业训练项目(项目编号201210059016)U=∑uii=1航空维

7、修与工程2013/494AVIATIONMAINTENANCE&ENGINEERINGwww.aviationnow.com.cn分配到加载点上的载荷，应使系统的变形能最小，而且满足Z静力等效条件。即加载点　　虚拟梁元N∑pi=p0i=11N∑piXI=p0X0i=1NN∑piZi=p0Z056i=11234用拉格朗日乘子法建立拉格朗日函数：n123F(λJλxJλz)=∑(PiLi−λPi−λxPXi−λzPiZi)结构i=16EJX其中，λ、λx、λz为拉格朗日乘子。--Xi=Xi-

8、X0，　Zi=Zi-Z0图1　多点挑载荷等效计算方法示意图令∂F(λJλJλ)=0xz∂P其中CLαV为垂直尾翼的升力斜线率；K为方向舵大偏角iPL3=λ+λ⋅X+λ⋅Z时，考虑非线性的修正因子；Kb为舵面展长修正因子；Clαv为并令3EJ=1，即得(i=1,2,3…N)。iixixi代入静力等效条件得：垂直尾翼翼型的升力斜线率；SV为垂直尾翼面积。NNN由上式以及根据实际方向舵测量参数即可计算出在简化−3−3−3∑i=