一种飞机翼面类部件载荷计算方法与流程

本发明属于飞机结构强度设计领域，尤其涉及固定翼飞机结构强度载荷计算，具体是一种飞机翼面类部件载荷计算方法。

背景技术：

1、在飞机机翼结构强度计算分析中，飞机的翼面载荷是计算的关键输入数据之一。在飞机设计阶段，通过风洞试验或cfd(计算流体动力学)数值计算获得刚性飞机翼面气动力，计算翼面部件的上下表面压差作为翼面的‘净’气动载荷，再将‘净’气动力处理在一个按翼面类的弦平面投影所形成的气动网格平面上，由此气动网格平面与结构强度有限元三维模型耦合，以气动网格上的气动力参与计算全机配平计算，使全机的总力、总矩在飞机重心处为零，最终给出在一定飞行参数下的翼面气动载荷和惯性载荷，采用此方法虽能同步得出配套的气动力、惯性载荷以及飞机运动参数，得所翼面的气动载荷仅能反应机翼总体气动载荷，但是无法同步得出飞机配平状态下翼面部件的上下表面的气动载荷，难以满足翼面类部件上下翼面局部结构的强度计算以及与翼面类部件总体结构的强度协调优化设计。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种飞机翼面类部件载荷计算方法，能适用于多种固定翼飞机翼面类部件载荷计算，解决无法同步计算得出飞机在总载荷配平点时翼面部件的上下表面的气动载荷，可满足翼面类部件上下翼面局部结构的强度计算以及与翼面类部件总体结构的强度协调优化设计。

2、一种飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于包含以下内容：1)已知飞机翼面类部件的设计外形和有限元模型，获取飞机翼面类部件的表面压力分布值；2)根据飞机翼面类部件的设计外形，将飞机翼面类部件从弦平面分开，形成翼面上部分a和翼面下部分b；3)以飞机翼面类部件的弦平面为对称面，分别建立翼面上部分a的气动网格平面和翼面下部分b的气动网格平面；4)将飞机翼面类部件的上表面压力分布值垂直投射在翼面上部分a的气动网格平面上，获得翼面上部分a气动网格平面的压力分布值，该压力分布值即为翼面上部分a的净压力值；5)将飞机翼面类部件的下表面压力分布值垂直投射在翼面上部分b的气动网格平面上，获得翼面下部分b气动网格平面的压力分布值，该压力分布值即为翼面上部分b的净压力值；6)根据所得气动网格平面上压力值和坐标采用线性插值方法沿翼面类部件的弦向和展向得出气动网格平面内所有气动网格的气动压力值，由此形成气动网格平面单元气动力数据库；7)再将两个气动网格平面与飞机翼面类部件的有限元模型耦合，进行各飞行工况下载荷配平计算，得出飞机翼面类部件上下外表的分布气动载荷。

3、所述的飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于，所述的气动网格平面是沿翼面类部件的展向和弦向离散成多个四边形网格，每个四边形网格有一组对边是平行翼面类部件的弦向，四边形网格沿展向的长边与沿弦向的宽边之比接近1～3，气动网格平面沿翼面类部件弦向布置的四边形网格数量在翼面类部件的前后缘区域要相对密一些,采用如下公式来确定沿弦向布置每个网格位置点：

4、

5、式中n为沿翼面类部件弦向布置的网格单元总数量，m为网格单元序号，为网格单元序号m的沿弦向的位置点，c为翼面类部件的当地弦长。

6、所述的飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于，所述的表面压力分布值垂直投射，是过翼面类部件某剖面上、下外面表面压力分布值采集点做该剖面边线的切线，根据该切线与翼面上部分a或翼面上部分b的弦平面形成的夹角，由该夹角的余弦值乘以此集点的压力分布值即为机翼面类部件上、下外面表面压力分布值垂直投射在翼面上部分a和翼面上部分b的气动网格平面上。

7、所述的飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于，将飞机翼面类部件的表面压力值和坐标投射到所建的平面网格上，由此得到气动网格平面上与翼面上部分a和翼面下部分b采集点所对应的压力值，再根据所得气动网格平面上压力值和坐标通过线性插值方法沿弦向和展向得出气动网格平面内所有气动网格的气动压力值，按飞机攻角、侧滑角、马赫数以及操纵舵面角的组合形成多状态的气动网格平板单元气动力数据库。

8、所述的飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于，所述两个气动网格平面与飞机翼面类部件的有限元模型耦合，是采用无限平板样条插值方法将气动网格平面上的气动力传递给飞机翼面类部件有限元模型的节点，同是也将飞机翼面类部件有限元模型的节点位移传递给气动网格平面，使气动网格平面上的载荷与结构强度模型网格上节点载荷满足虚功等价关系。

9、有益效果：本发明的固定翼飞机翼面结构强度载荷计算方法能在飞机在配平状态下同步给出翼面类部件上下表面的气动载荷和惯性载荷，可满足翼面类部件上下翼面局部结构的强度计算以及与翼面类部件总体结构的强度协调优化设计，提高了翼面类结构设计精度。

技术特征：

1.一种飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于包含以下内容：1)已知飞机翼面类部件的设计外形和有限元模型，获取飞机翼面类部件的表面压力分布值；2)根据飞机翼面类部件的设计外形，将飞机翼面类部件从弦平面分开，形成翼面上部分a和翼面下部分b；3)以飞机翼面类部件的弦平面为对称面，分别建立翼面上部分a的气动网格平面和翼面下部分b的气动网格平面；4)将飞机翼面类部件的上表面压力分布值垂直投射在翼面上部分a的气动网格平面上，获得翼面上部分a气动网格平面的压力分布值，该压力分布值即为翼面上部分a的净压力值；5)将飞机翼面类部件的下表面压力分布值垂直投射在翼面上部分b的气动网格平面上，获得翼面下部分b气动网格平面的压力分布值，该压力分布值即为翼面上部分b的净压力值；6)根据所得气动网格平面上压力值和坐标采用线性插值方法沿翼面类部件的弦向和展向得出气动网格平面内所有气动网格的气动压力值，由此形成气动网格平面单元气动力数据库；7)再将两个气动网格平面与飞机翼面类部件的有限元模型耦合，进行各飞行工况下载荷配平计算，得出飞机翼面类部件上下外表的分布气动载荷。

2.如权利要求1所述的飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于，所述的气动网格平面是沿翼面类部件的展向和弦向离散成多个四边形网格，每个四边形网格有一组对边是平行翼面类部件的弦向，四边形网格沿展向的长边与沿弦向的宽边之比接近1～3，气动网格平面沿翼面类部件弦向布置的四边形网格数量在翼面类部件的前后缘区域要相对密一些,采用如下公式来确定沿弦向布置每个网格位置点：

3.如权利要求1或2所述的飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于，所述的表面压力分布值垂直投射，是过翼面类部件某剖面上、下外面表面压力分布值采集点做该剖面边线的切线，根据该切线与翼面上部分a或翼面上部分b的弦平面形成的夹角，由该夹角的余弦值乘以此集点的压力分布值即为机翼面类部件上、下外面表面压力分布值垂直投射在翼面上部分a和翼面上部分b的气动网格平面上。

4.如权利要求1所述的飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于，将飞机翼面类部件的表面压力值和坐标投射到所建的平面网格上，由此得到气动网格平面上与翼面上部分a和翼面下部分b采集点所对应的压力值，再根据所得气动网格平面上压力值和坐标通过线性插值方法沿弦向和展向得出气动网格平面内所有气动网格的气动压力值，按飞机攻角、侧滑角、马赫数以及操纵舵面角的组合形成多状态的气动网格平板单元气动力数据库。

5.如权利要求1所述的飞机翼面类部件载荷计算方法，其特征在于，所述两个气动网格平面与飞机翼面类部件的有限元模型耦合，是采用无限平板样条插值方法将气动网格平面上的气动力传递给飞机翼面类部件有限元模型的节点，同是也将飞机翼面类部件有限元模型的节点位移传递给气动网格平面，使气动网格平面上的载荷与结构强度模型网格上节点载荷满足虚功等价关系。

技术总结
一种飞机翼面类部件载荷计算方法，根据飞机翼面类部件的设计外形，将飞机翼面类部件从弦平面分开，分别建立翼面上部分A的气动网格平面和翼面下部分B的气动网格平面；获得翼面上部分A气动网格平面的压力分布值和翼面下部分B气动网格平面的压力分布值，采用线性插值方法沿翼面类部件的弦向和展向得出气动网格平面内所有气动网格的气动压力值，由此形成气动网格平面单元气动力数据库；再将两个气动网格平面与飞机翼面类部件的有限元模型耦合，进行各飞行工况下载荷配平计算，得出飞机翼面类部件上下外表的分布气动载荷。

技术研发人员：杨全,郭少楠,刘伟,杨红杰,岳春霞
受保护的技术使用者：中航西安飞机工业集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21