一种受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法与流程

本技术属于平面双叉梁式双刚度机翼设计，具体涉及一种受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法。

背景技术：

1、相对于常规机翼布局，平面双叉梁式机翼可以更好适应飞机的装载、外形等特殊需求，但相对于传统的机翼翼盒结构，其载荷传递和变形更为复杂。

2、平面双叉梁式机翼包括外翼、内翼，内翼包括前斜梁、后斜梁，外翼与内翼前斜梁、内翼后斜梁处在同一平面内，对于内翼前斜梁、内翼后斜梁刚度不一样的机翼，称为双刚度机翼。

3、分析平面双叉梁式双刚度机翼受面外剪力载荷作用时机翼的内力分布，对于其结构强度参数设计，以及飞机总体布局参数设计具有重要意义，对此，当前，多是通过有限元分析方法进行确定，耗时、费力，迭代计算周期长，难以满足机翼结构强度、飞机总体布局参数设计快速迭代的需求。

4、鉴于上述技术缺陷的存在提出本技术。

5、需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本技术的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本技术的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。

2、本技术的技术方案是：

3、一种受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法，包括：

4、步骤一、建立平面双叉梁式双刚度机翼受面外剪力载荷作用分析模型：

5、设置外翼oc、内翼前斜梁oa、内翼后斜梁ob处于同一平面，外翼oc、内翼前斜梁oa、内翼后斜梁ob在o点处固结，内翼前斜梁oa在a点处固支约束，内翼后斜梁ob在b点处固支约束；

6、建立oxyz坐标系，坐标原点处在o点；z轴垂直于水平面，向上为正；y轴逆飞机航向为正；x轴垂直于yz平面，指向右侧为正；

7、在外翼oc上施加面外分布剪力q，方向沿着z轴，建立平面双叉梁式双刚度机翼受面外剪力载荷作用分析模型，其中：

8、内翼前斜梁oa的长度为l1；

9、内翼后斜梁ob的长度为l2；

10、内翼前斜梁oa与内翼后斜梁ob的夹角为α；

11、翼前斜梁oa与x轴的夹角为β；

12、外翼oc与x轴的夹角为γ；

13、步骤二、建立外翼oc分析模型：

14、将外翼oc与内翼前斜梁oa、内翼后斜梁ob在o点处分解，使外翼oc独立，将外翼oc在o点处固支约束，建立外翼oc分析模型；

15、建立外翼oc分析坐标系ox1y1z1，坐标原点处在c点；x1轴沿外翼oc刚轴，由c点指向o点；z1轴平行于z轴平行；y1轴符合右手坐标系法则；

16、步骤三、计算外翼oc在o点处的总载：

17、采用结构力学的计算方法，计算得到外翼oc在o点处相对坐标系oxyz的总载：

18、剪力

19、弯矩

20、扭矩

21、步骤四、建立内翼前斜梁oa分析模型：

22、将内翼前斜梁oa、内翼后斜梁ob在o点处分解，使内翼前斜梁oa、内翼后斜梁ob独立，将内翼前斜梁oa在a点处固支约束，建立内翼前斜梁oa分析模型；

23、将oxyz坐标系绕o点在oxy平面内逆时针旋转β角，建立直角坐标系ox2y2z2，并使得内翼前斜梁oa的梁轴线与ox2重合；

24、步骤五、计算内翼前斜梁oa的弯曲刚度和扭转刚度：

25、建立垂直于ox2y2平面、ox2轴线的剖面，以该剖面切割内翼前斜梁oa，获得内翼前斜梁oa的剖面形状，计算得到内翼前斜梁oa剖面相对oy2轴的弯曲惯性矩i0、相对于ox2轴的扭转惯性矩j0；

26、根据内翼前斜梁oa的材料，得到内翼前斜梁oa的弹性模量e0、剪切模量g0；

27、计算得到内翼前斜梁oa的弯曲刚度e0i0＝e0×i0，扭转刚度g0j0＝g0×j0；

28、步骤六、建立内翼后斜梁ob分析模型：

29、将内翼后斜梁ob在o点处固支约束，建立内翼后斜梁ob分析模型；

30、将oxyz坐标系绕o点逆时针旋转180°-α+β角，坐标原点平移到b点处，建立直角坐标系bx3y3z3，并使得内翼后斜梁ob的梁轴线与bx3重合；

31、在b点处对内翼后斜梁ob施加剪力fb，垂直于bx3y3平面，指向面外为正，符合右手坐标系法则；施加弯矩mb，方向平行于y3，使得内翼后斜梁ob向下弯曲为正；扭矩为tb，方向平行于x3，使得内翼后斜梁ob逆时钟扭转为正；

32、步骤七、计算内翼后斜梁ob的弯曲刚度e1i1和扭转刚度g1j1：

33、建立垂直于ox3y3平面与ox3轴线的剖面，以该剖面切割内翼后斜梁ob，获得内翼后斜梁ob的剖面形状，计算得到内翼后斜梁ob剖面相对oy3轴的弯曲惯性矩i1和相对于ox3轴的扭转惯性矩j1；

34、根据内翼后斜梁ob的材料，得到内翼后斜梁ob的弹性模量e1、剪切模量g1；

35、计算得到内翼后斜梁ob的弯曲刚度e1i1＝e1×i1，扭转刚度g1j1＝g1×j1；

36、步骤八、建立内翼计算模型：

37、将内翼前斜梁oa、内翼后斜梁ob在o点处固结，将内翼前斜梁oa在a点处固支约束，建立内翼计算模型；

38、在b点处施加载荷fb、tb、mb，其中，fb为垂直于oxy平面的垂向剪力，沿z轴为正；tb为沿ob轴线的扭矩，由o点指向b点为正；mb为垂向于后斜梁剖面的弯矩，以b点向下弯曲为正；

39、在o点处施加载荷fo、to、mo，其中，fo为垂直于oxy平面的垂向剪力，沿z轴为正；to为沿ox轴的扭矩，由o点指向x轴负方向为正；mo为沿oy轴的弯矩，由o点指向y轴正方向为正；

40、步骤九、计算单位载荷下b点位移：

41、基于内翼计算模型，令fo、to、mo、fb、tb为0，mb＝1，采用结构力学方法，计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移k11、弯曲角k21、扭转角k31；

42、基于内翼计算模型，令fo、to、mo、fb、mb为0，tb＝1，采用结构力学方法，计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移k12、弯曲角k22、扭转角k32；

43、基于内翼计算模型，令fo、to、mo、tb、mb为0，fb＝1，采用结构力学方法，计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移k13、弯曲角k23、扭转角k33；

44、基于内翼计算模型，令fo、to、fb、tb、mb为0，采用结构力学方法，计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移δ11、弯曲角δ21、扭转角δ31；

45、基于内翼计算模型，令fo、mo、fb、tb、mb为0，采用结构力学方法，计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移δ12、弯曲角δ22、扭转角δ32；

46、基于内翼计算模型，令to、mo、fb、tb、mb为0，采用结构力学方法，计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移δ13、弯曲角δ23、扭转角δ33。

47、根据本技术的至少一个实施例，上述的受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法中，步骤九中，计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移k11、弯曲角k21、扭转角k31，具体为：

48、

49、

50、

51、计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移k12、弯曲角k22、扭转角k32，具体为：

52、

53、

54、

55、计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移k13、弯曲角k23、扭转角k33，具体为：

56、

57、

58、

59、计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移δ11、弯曲角δ21、扭转角δ31，具体为：

60、

61、

62、

63、计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移δ12、弯曲角δ22、扭转角δ32，具体为：

64、

65、

66、

67、计算得到b点在bx3y3z3坐标系下的垂向位移δ13、弯曲角δ23、扭转角δ33，具体为：

68、

69、

70、

71、根据本技术的至少一个实施例，上述的受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法中，还包括：

72、步骤十、计算b点载荷：

73、构建矩阵a：

74、

75、构建b点载荷矩阵f：

76、

77、构建矩阵δ：

78、

79、基于b点的总位移为0，可得到a×f+δ＝0，通过矩阵计算，可得到b点的载荷：

80、

81、根据本技术的至少一个实施例，上述的受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法中，还包括：

82、步骤十一、计算a点载荷：

83、根据力平衡关系，计算得到a点在oxyz坐标下的载荷：

84、剪力fa＝-fo-fb；

85、弯矩

86、ma＝(mb-fb l2)cos(α-β)-tb sin(α-β)+(fo+fb)l1cosβ+mo

87、扭矩

88、ta＝-(mb-fbl2)sin(α-β)-tbcos(α-β)+(fo+fb)l1sinβ+to。

89、步骤十二、计算内翼后斜梁ob任意点处的载荷：

90、在内翼后斜梁ob上选取任意点，测量得到该点在bx3y3坐标系下的x3坐标记为x3i，根据内翼后斜梁ob分析模型，以结构力学的计算方法，可计算得到该点在bx3y3坐标系下的载荷：

91、剪力fobi＝-fb；

92、弯矩mobi＝-mb+fbx3i；

93、扭矩tobi＝tb。

94、根据本技术的至少一个实施例，上述的受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法中，还包括：

95、步骤十三、计算内翼前斜梁oa在o点处的载荷：

96、根据fobi、mobi和tobi的计算公式，计算得到内翼前斜梁oa在o点处在bx3y3坐标系下的载荷：

97、剪力fob＝-fb-fo；

98、弯矩mob＝-mb+fbl2+to sin(α-β)-mo cos(α-β)；

99、扭矩tob＝tb-to cos(α-β)-mo sin(α-β)；

100、根据坐标转换，计算得到内翼前斜梁oa在o点处在ox2y2坐标系下的载荷：

101、剪力foa＝fob；

102、弯矩moa＝-mobcosα-tobsinα；

103、扭矩toa＝mobsinα-tobcosα。

104、步骤十四、计算内翼前斜梁oa任意点处的载荷：

105、在内翼前斜梁oa上选取任意点，测量得到该点在ox2y2坐标系下的x2坐标记为x2i，根据内翼前斜梁oa分析模型，以结构力学的计算方法，可计算得到该点在ox2y2坐标系下的载荷：

106、剪力foai＝foa；

107、弯矩moai＝moa-foax2i；

108、扭矩toai＝toa。

109、本技术至少存在以下有益技术效果：

110、提供一种受面外剪力平面双叉梁式双刚度机翼载荷确定方法，给出平面双叉梁式双刚度机翼在面外剪力作用下机翼载荷的计算公式，可快速计算得到平面双叉梁式双刚度机翼在面外剪力载荷作用下的机翼载荷，能够很好的满足机翼结构强度、飞机总体布局参数设计快速迭代的需求。