一种直升机全机抗坠毁分级仿真方法
【专利摘要】本发明属于直升机设计分析【技术领域】，涉及一种直升机全机抗坠毁分级仿真方法。直升机全机抗坠毁分级仿真方法的步骤：利用有限元分析前处理软件Patran，分别建立柔性起落架仿真模型、直升机机身刚性材料模型和抗坠毁座椅刚性材料模型，然后，利用瞬态动力学分析软件Dytran进行直升机坠毁防真，再去除起落架模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将机身刚性材料模型改为机身柔性模型，再去除机身模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将座椅刚性材料模型改为柔性模型，最后完成直升机全机抗坠毁仿真。本发明使用刚性—柔性模型相结合、分级处理的方法可大大减少仿真需要的时间，降低分析成本，满足精度要求，能准确模拟直升机的坠撞姿态。
【专利说明】一种直升机全机抗坠毁分级仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明属于直升机设计分析【技术领域】，涉及一种直升机全机抗坠毁分级仿真方法。
【背景技术】
[0002]直升机抗坠毁系统由起落架、机身、座椅三部分组成，现有的仿真分析方法主要有两种，第一种方法是是针对各个系统分别进行仿真分析，设计输入条件各自独立，不能准确反映直升机坠撞过程中能量在各个系统的分配情况和各个系统的相互支撑情况，不能为设计提供准确的数据。第二种方法是建立详细的全机柔性有限元模型，进行抗坠毁仿真分析，由于抗坠毁仿真分析属于瞬态非线性动力学分析，模型大，所需时间长，分析过程中经常出现死机现象，无法获得所需要的结果。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种直升机全机抗坠毁仿真法，提高运算效率，降低运算成本，满足分析精度要求，为直升机抗坠毁系统的细节设计提供依据。
[0004]本发明的技术解决方案是，直升机全机抗坠毁分级仿真方法的步骤:
[0005](I)、利用有限元分析前处理软件Patran，分别建立柔性起落架仿真模型，机身刚性材料模型和座椅刚性材料模型，输入直升机的坠撞条件:明确直升机下落速度、坠撞平面情况；
[0006](2)利用瞬态动力学分析软件Dytran进行直升机坠毁防真，在仿真进行到起落架破坏、机身触地前瞬间，记录直升机机身刚性材料模型及抗坠毁座椅刚性材料模型中各节点的位置坐标及各节点的速度，作为下一步仿真的初始条件；
[0007](3)去除起落架模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将机身刚性材料模型改为机身柔性模型，把上述步骤(2)获得的初始条件作为机身柔性模型仿真的起点输入到Dytran分析文件中，此时，座椅模型仍为刚性材料模型，随后,利用Dytran软件进行直升机坠毁防真，在机身柔性模型冲击到25毫秒?35毫秒时，记录座椅刚性材料模型中各节点的位置坐标及节点速度，作为下一步仿真的初始条件；
[0008](4)、去除机身模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将座椅刚性材料模型改为柔性模型，把上述步骤(3)获得的初始条件作为座椅柔性模型仿真的起点输入到Dytran分析文件中，继续利用Dytran进行座椅结构抗坠撞仿真，直至座椅完全吸能，完成直升机全机抗坠毁仿真。
[0009]本发明具有的优点和有益效果
[0010]1、使用刚性一柔性模型相结合、分级处理的方法可大大减少仿真需要的时间，降低分析成本，满足精度要求；
[0011]2、分析结果能够显示整个坠撞过程中直升机全机各系统的运动和变形情况；
[0012]3、能够获得直升机坠撞过程中各组成材料的吸收的能量情况，为更好地进行直升机抗坠毁设计提供了依据；
[0013]4、因为部分结构采用刚性材料模型，使得直升机滚转和俯仰角速度的引入更加方便，更能准确模拟直升机的坠撞姿态。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明全机仿真模型示意图，
[0015]图2是本发明机身和座椅仿真模型示意图，
[0016]图3是本发明座椅仿真模型示意图。
【具体实施方式】
[0017]根据直升机全机坠撞过程中分三个阶段吸收能量的特点，提出了分级仿真方法:
[0018](I)利用有限元分析前处理软件Patran，分别建立柔性起落架仿真模型1，机身刚性材料模型2和座椅刚性材料模型3，即起落架模型材料采用弹塑性材料，机身和座椅材料采用刚体材料，同时输入直升机的坠撞条件:直升机下落速度，坠撞平面是陆地还是水面；
[0019](2)利用瞬态动力学分析软件Dytran进行直升机坠毁防真，在仿真进行到起落架破坏、机身触地前瞬间，记录机身刚性材料模型及座椅刚性材料模型中各节点的位置坐标及各节点的速度，作为下一步仿真的初始条件；
[0020](3)去除起落架模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将机身刚性材料模型改为机身柔性模型2，即将机身模型的材料变为弹塑性材料，然后把上述步骤(2)获得的初始条件作为机身柔性模型仿真的起点输入到Dytran分析文件中，此时，座椅模型仍为刚性材料模型3，随后，利用Dytran软件进行直升机坠毁防真，在机身柔性模型冲击到25毫秒?35毫秒时，记录座椅刚性材料模型中各节点的位置坐标及节点速度，作为下一步仿真的初始条件；
[0021](4)去除机身模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将座椅刚性材料模型改为柔性模型(图3)，即把座椅模型的材料变为弹塑性材料，然后把上述步骤(3)获得的初始条件作为座椅柔性模型仿真的起点输入到Dytran分析文件中，继续利用Dytran进行座椅结构抗坠撞仿真，直至抗坠毁座椅完全吸能，完成直升机全机抗坠毁仿真。
[0022]实施例
[0023]带有滑橇起落架、抗坠毁座椅和泡沫子地板机身的直升机全机抗坠毁仿真
[0024]1、全机抗坠毁仿真分析
[0025]①利用有限元分析前处理软件Patran，分别建立柔性滑橇起落架仿真模型，直升机机身刚性材料模型和抗坠毁座椅刚性材料模型，即滑橇起落架模型材料采用弹塑性材料，机身和座椅材料采用刚体材料，同时输入直升机的坠撞条件，要求直升机下落速度8.3m/s，所以给模型所有的节点施加初始向下的速度为8.3m/s,同时指明坠撞平面是刚性地面；
[0026]②利用瞬态动力学分析软件Dytran进行直升机坠毁防真，在仿真进行到起落架破坏、机身触地前瞬间，记录了直升机机身刚性材料模型及抗坠毁座椅刚性材料模型中各节点的位置坐标及各节点的速度，作为下一步仿真的初始条件；
[0027]③去除滑橇起落架模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将机身刚性材料模型改为机身柔性模型，即将机身模型的材料变为弹塑性材料，然后把上述步骤②获得的初始条件作为机身柔性模型仿真的起点输入Dytran分析文件中，此时，座椅模型仍为刚性材料模型，随后，利用Dytran软件进行直升机坠毁防真，在机身柔性模型冲击到28毫秒时，记录座椅刚性材料模型中各节点的位置坐标及节点速度，作为下一步仿真的初始条件；
[0028]④去除机身模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将座椅刚性材料模型改为柔性模型，即把座椅模型的材料变为弹塑性材料，然后把上述步骤③获得的初始条件作为座椅柔性模型仿真的起点输入到Dytran分析文件中，继续利用Dytran进行座椅结构抗坠撞仿真，直至抗坠毁座椅完全吸能，完成直升机全机抗坠毁仿真。
[0029]2、分析效果
[0030]①使用刚性-柔性模型相结合、分级处理的方法进行全机抗坠毁仿真分析，大大减少仿真需要的时间，分析时间由原来全柔性模型的50小时降为8小时，降低了分析成本，满足了精度要求；
[0031]②分析结果显示了整个坠撞过程中直升机全机各系统的运动及变形情况；
[0032]③获得了直升机坠撞过程中各组成材料吸收的能量情况，为更好地进行直升机抗坠毁设计提供依据；
[0033]④因为部分结构采用刚性模型使得直升机滚转和俯仰角速度的引入更加容易，更能准确模拟直升机的坠撞姿态。
【权利要求】
1.一种直升机全机抗坠毁分级仿真方法，其特征是，直升机全机抗坠毁分级仿真方法的步骤: (1)、利用有限元分析前处理软件Patran，分别建立柔性起落架仿真模型，直升机机身刚性材料模型和抗坠毁座椅刚性材料模型，输入直升机的坠撞条件:直升机下落速度、坠撞平面； (2)利用瞬态动力学分析软件Dytran进行直升机坠毁防真，在仿真进行到起落架破坏、机身触地前瞬间，记录直升机机身刚性材料模型及抗坠毁座椅刚性材料模型中各节点的位置坐标及各节点的速度，作为下一步仿真的初始条件； (3)去除起落架模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将机身刚性材料模型改为机身柔性模型，把上述步骤(2)获得的初始条件作为机身柔性模型仿真的起点输入到Dytran分析文件中，此时，座椅模型仍为刚性材料模型，随后,利用Dytran软件进行直升机坠毁防真，在机身柔性模型冲击到25毫秒?35毫秒时，记录座椅刚性材料模型中各节点的位置坐标及节点速度，作为下一步仿真的初始条件； (4)、去除机身模型，利用有限元分析前处理软件Patran，将座椅刚性材料模型改为柔性模型，把上述步骤(3)获得的初始条件作为座椅柔性模型仿真的起点输入到Dytran分析文件中，继续利用Dytran进行座椅结构抗坠撞仿真，直至抗坠毁座椅完全吸能，完成直升机全机抗坠毁仿真。
【文档编号】G06F17/50GK103955578SQ201410172240
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】温永海, 宫少波, 齐德胜, 云庆文, 南力强, 张震, 韩刘, 朱洪艳 申请人:哈尔滨飞机工业集团有限责任公司