一种飞行器挂架载荷设计方法
【专利摘要】一种飞行器挂架载荷设计方法（1）确定挂架典型载荷工况，计算各工况下飞行器的气动载荷，以及根据直升机的飞行特性获取各工况下飞行器的惯性载荷；（2）计算稳定装置及其连接部件的使用载荷；（3）建立挂架整体有限元分析模型，计算挂架各组成部分的使用载荷；（4）计算防摆止动器和吊耳的使用载荷；（5）分别取步骤（3）、（4）中防摆止动器和吊耳的较大使用载荷作为防摆止动器和吊耳的使用载荷；（6）将上步确定的防摆止动器使用载荷的0.1-0.3倍作为防摆止动器的预载荷；该预载荷与防摆止动器使用载荷之和作为防摆止动器的总载荷；（7）将确定吊耳使用载荷中的拉力作为爆炸螺栓的使用载荷，剩余载荷作为吊耳盒的使用载荷。
【专利说明】一种飞行器挂架载荷设计方法
【技术领域】
[0001]针对飞行器通过特殊挂架搭乘直升机高速飞行并开展相关飞行试验，本发明给出挂架的一种载荷设计方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内带翼飞行器挂飞使用的载机平台都是固定翼载机，挂架结构可按标准选用，载荷设计方法可依据机载悬挂装置接合部位通用设计准则。直升机机身外搭载运输重型货物时，一般以较低速度低空飞行，通常采用规范指定的单点或多点连接，这种连接方案传力清晰、载荷易于分析和设计。与前二者不同，飞行器选择直升机作为载机平台，获取一定的飞行速度和飞行高度后与直升机分离，所使用的挂架是一种新结构方案，如图1所示，包括万向节6、5根钢索1、主钢架2、吊耳(由吊耳盒和爆炸螺栓组成)、防摆止动器和稳定装置3 (图中301为稳定装置连接点)等组件，5根钢索一端分别连接万向节不同吊环孔，另一端连接到主钢架不同支杆上；再由一根具有一定长度的中心钢索12将万向节与直升机11相连；下面通过2个吊耳和4个防摆止动器与飞行器13相连；主钢架后方连接一个稳定装置以保证飞行器航向稳定性，当直升机飞行至指定窗口时，起爆爆炸螺栓，飞行器与挂架分离。
[0003]这种挂架的载荷设计在国内的标准、规范和文献体系中尚无明确规定性条文和可借鉴的设计方法，也因挂架新型而缺乏相关试验数据，因此，挂架载荷设计方法的正确性对挂架结构设计和保证飞行器的安全可靠具有相当的重要性。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，针对不同工况不同零部件，有效地组合有限元方法、工程计算方法和试验研究并考虑可靠性要求，形成一种飞行器挂架载荷设计方法，为准确设计任务剖面内挂架主要零部件的载荷情况提供分析手段。
[0005]本发明的技术解决方案是:一种飞行器挂架载荷设计方法，方法的适应环境是直升机下方通过挂架搭载飞行器，所述的挂架包括钢索、主钢架、防摆止动器、吊耳和万向节；其中吊耳包括吊耳盒以及安装在吊耳盒内部的爆炸螺栓；主钢架后方安装稳定装置以稳定飞行器的姿态；步骤如下:
[0006](I)确定挂架典型载荷工况，计算各工况下飞行器的气动载荷，以及根据直升机的飞行特性获取各工况下飞行器的惯性载荷；
[0007](2)根据第(I)步确定的典型载荷工况和稳定装置特性，计算稳定装置及其连接部件的使用载荷；
[0008](3)建立挂架整体有限元分析模型，根据步骤(I)确定的典型载荷工况，在相应工况下，将步骤(2)计算的使用载荷施加在挂架与稳定装置的连接处，将步骤(I)计算的气动载荷、惯性载荷加载在飞行器的质心位置；根据挂架各组成部分的受力情况及力的传递特性，计算挂架各组成部分的使用载荷；[0009](4)根据工程计算公式，计算防摆止动器和吊耳的使用载荷；
[0010](5)分别取步骤(3)、(4)中防摆止动器和吊耳的较大使用载荷作为防摆止动器和吊耳的使用载荷；
[0011](6)将步骤(5)中确定的防摆止动器使用载荷的0.1-0.3倍作为防摆止动器的预载荷；该预载荷与步骤(5)中确定的防摆止动器使用载荷之和作为防摆止动器的总载荷；
[0012](7)将步骤(5)中确定吊耳使用载荷中的拉力作为爆炸螺栓的使用载荷，剩余载荷作为吊耳盒的使用载荷。
[0013]所述钢索的使用载荷在步骤(3)计算值的基础上提高0.5-1倍；万向节的使用载荷取钢索的使用载荷。
[0014]所述的主钢架的使用载荷在步骤(3)计算值的基础上，依据钢索提高后的使用载荷以及步骤(6)中防摆止动器的总载荷、步骤(7)中吊耳盒的使用载荷重新进行受力分析确定使用载荷。
[0015]本发明与现有技术相比有益效果为:
[0016](I)本发明克服直升机挂飞飞行器挂架载荷设计中无设计标准、规范和参考的难题，针对由钢索、爆炸螺栓式新型吊耳结构和防摆止动器等构成的挂架，有效地组合有限元方法、工程计算方法和试验研究并考虑可靠性要求，形成一种飞行器挂架载荷设计方法，为准确设计任务剖面内挂架主要零部件的载荷情况提供分析手段。
[0017](2)本发明从系统级和结构细部不同层面描述了悬挂挂架承载机理，克服了有限元建模难点，采用刚柔耦合建模分析技术，建立了系统级分析模型。并针对“止摆器-主钢架-吊耳”复杂传力路径的预载荷设计和控制问题，提出预载荷预设值和试验研究相结合的解决方法，为相似结构载荷设计提供思路。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1直升机挂飞飞行器挂架示意；
[0019]图2为本发明流程图；
[0020]图3为本发明挂架结构及主要零部件；
[0021]图4为本发明挂架及飞行器有限元模型。
【具体实施方式】
[0022]一种飞行器挂架载荷设计流程如附图2所示，下面依据该设计过程对本发明的实现做出详细的说明。
[0023](I)确定挂架典型载荷工况，计算各工况下飞行器的气动载荷，以及根据直升机的飞行特性获取各工况下飞行器的惯性载荷；
[0024]针对直升机/挂架/飞行器组合体在起吊、加速爬升、转弯、投放窗口、系留返回等不同情况，确定起吊、加速爬升和高速平直飞行三个典型工况。各工况的飞行器气动载荷可以采用目前常用的CFD数值算法进行计算；各工况的惯性依据直升机飞行性能确定，如直升机起吊时法向过载系数为2.0-2.5，加速爬升时，法向过载系数为1.1-1.5、航向过载系数0.3等，惯性载荷为过载系数与飞行器重力的乘积，一般取较大值。
[0025](2)根据第(I)步确定的典型载荷工况和稳定装置特性，计算稳定装置及其连接部件的使用载荷；
[0026]由第(I)步载荷工况，选择不同高度、不同速度参数，稳定装置及其连接部件的载荷由下式给出，
【权利要求】
1.一种飞行器挂架载荷设计方法，方法的适应环境是直升机下方通过挂架搭载飞行器，所述的挂架包括钢索、主钢架、防摆止动器、吊耳和万向节；其中吊耳包括吊耳盒以及安装在吊耳盒内部的爆炸螺栓；主钢架后方安装稳定装置以稳定飞行器的姿态；其特征方法步骤如下: (1)确定挂架典型载荷工况，计算各工况下飞行器的气动载荷，以及根据直升机的飞行特性获取各工况下飞行器的惯性载荷； (2)根据第(I)步确定的典型载荷工况和稳定装置特性，计算稳定装置及其连接部件的使用载荷； (3)建立挂架整体有限元分析模型，根据步骤(I)确定的典型载荷工况，在相应工况下，将步骤(2)计算的使用载荷施加在挂架与稳定装置的连接处，将步骤(I)计算的气动载荷、惯性载荷加载在飞行器的质心位置；根据挂架各组成部分的受力情况及力的传递特性，计算挂架各组成部分的使用载荷； (4)根据工程计算公式，计算防摆止动器和吊耳的使用载荷； (5)分别取步骤(3)、(4)中防摆止动器和吊耳使用载荷的较大值作为防摆止动器和吊耳的使用载荷； (6)将步骤(5)中确定的防摆止动器使用载荷的0.1-0.3倍作为防摆止动器的预载荷；该预载荷与步骤(5)中确定的防摆止动器使用载荷之和作为防摆止动器的总载荷； (7)将步骤(5)中确定吊耳使用载荷中的拉力作为爆炸螺栓的使用载荷，剩余载荷作为吊耳盒的使用载荷。
2.根据权利要求1所述的一种飞行器挂架载荷设计方法，其特征在于:所述钢索的使用载荷在步骤(3)计算值的基础上提高0.5-1倍；万向节的使用载荷取钢索的使用载荷。
3.根据权利要求2所述的一种飞行器挂架载荷设计方法，其特征在于:所述的主钢架的使用载荷在步骤(3)计算值的基础上，依据钢索提高后的使用载荷以及步骤(6)中防摆止动器的总载荷、步骤(7)中吊耳盒的使用载荷重新进行受力分析确定使用载荷。
【文档编号】G06F17/50GK103593515SQ201310526789
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】张华山, 何咏梅, 张家雄, 张辉, 张世军, 曹晓瑞, 陈洪波, 杨勇, 朱永贵, 张旭辉 申请人:中国运载火箭技术研究院