民用飛機(jī)尾翼節(jié)點載荷處理方法探討

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摘 要：民用飛機(jī)尾翼所承受的載荷是進(jìn)行飛機(jī)尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。該文旨在有效解決此問題。

關(guān)鍵詞：Cp 積分 誤差修正 節(jié)點分載

中圖分類號：V215.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0061-02

民用飛機(jī)尾翼所承受的載荷是進(jìn)行飛機(jī)尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。通常的做法是對翼面Cp分布進(jìn)行積分，得到小塊載荷點的分布載荷，在與站位總載修正一致后，再生成有限元節(jié)點載荷列陣。

1 節(jié)點載荷生成方法

1.1 載荷確定原則

載荷確定原則包括如下幾項：

（1）保證尾翼各個子部件的氣動載荷分布。

（2）保證尾翼各個子部件處理后的載荷對各個站位的累計彎矩、剪力、扭矩與總體專業(yè)提供的累計彎矩、剪力、扭矩一致。

（3）保證尾翼各個子部件處理后的總載荷和總壓心與總體專業(yè)提供的一致。

1.2 尾翼載荷處理步驟

本文給出民用飛機(jī)尾翼載荷處理方法，包括以下三個步驟：

首先用“方塊面積積分原理”對尾翼翼面的Cp分布進(jìn)行載荷積分。

然后用“正弦修正方法”對積分結(jié)果進(jìn)行載荷修正，得到翼面小塊載荷。

最后用“多點排列法”[1]進(jìn)行載荷分配，形成節(jié)點載荷列陣Force卡，用于有限元模型的計算。

該載荷處理方法完整地解決了民用飛機(jī)尾翼載荷從Cp分布到有限元節(jié)點的問題。

2 方法說明

2.1 Cp分布積分方法

以圖示水平尾翼為例，載荷專業(yè)給出了沿著水平尾翼展向13個站位，每個站位沿弦向51個等距離點（0.02倍當(dāng)?shù)叵议L的間距）上給出Cp壓力分布；另外，載荷專業(yè)還給出了13個站位的站位總載荷。這13個站位都是順氣流方向并且平行于X軸，如圖1所示。

首先根據(jù)Cp分布，得到每個網(wǎng)格點的壓強(qiáng)（Pa）。下文如果沒有特別指出，Cp分布指的就是每個網(wǎng)格點的壓強(qiáng)（Pa）。由于平尾主要以y向力為主，且上下蒙皮弧度較小，則以平面二維積分進(jìn)行Cp處理，摒棄多階多項式擬合站位分布，用小方塊面積與網(wǎng)格點的壓強(qiáng)相乘的方法，得出Cp點處的壓力（N）。

具體操作方法如下：

2.2 積分誤差修正

由于數(shù)值積分存在誤差，所以需要用氣動室提供的總載總壓心進(jìn)行修正。程序在修正時分為三步：首先進(jìn)行力修正，然后對彎矩修正，再進(jìn)行扭矩修正。下面仍以平尾為例詳細(xì)介紹載荷修正方法。

（2）彎矩的修正。

2.3 “多點排”分配原理

即可得到各有限元節(jié)點所分配的載荷。對整個氣動網(wǎng)點群上的每一個氣動點載荷按上述方法分配到有限元節(jié)點群上，就得到了載荷轉(zhuǎn)換的計算結(jié)果。

根據(jù)以上理論，只要對于每個氣動點選擇準(zhǔn)備分載的有限元節(jié)點，就可以利用以上公式來分配載荷，同時，應(yīng)結(jié)合實際情況合理地選取目標(biāo)有限元節(jié)點。

3 結(jié)語

通過該文所述的尾翼節(jié)點載荷處理方法，可解決氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點的問題。并且在保證總載一致的情況下，局部載荷分布也比較合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 《飛機(jī)設(shè)計手冊》總編委會編.《飛機(jī)設(shè)計手冊》第9冊，載荷、強(qiáng)度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint

摘 要：民用飛機(jī)尾翼所承受的載荷是進(jìn)行飛機(jī)尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。該文旨在有效解決此問題。

關(guān)鍵詞：Cp 積分 誤差修正 節(jié)點分載

中圖分類號：V215.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0061-02

民用飛機(jī)尾翼所承受的載荷是進(jìn)行飛機(jī)尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。通常的做法是對翼面Cp分布進(jìn)行積分，得到小塊載荷點的分布載荷，在與站位總載修正一致后，再生成有限元節(jié)點載荷列陣。

1 節(jié)點載荷生成方法

1.1 載荷確定原則

載荷確定原則包括如下幾項：

（1）保證尾翼各個子部件的氣動載荷分布。

（2）保證尾翼各個子部件處理后的載荷對各個站位的累計彎矩、剪力、扭矩與總體專業(yè)提供的累計彎矩、剪力、扭矩一致。

（3）保證尾翼各個子部件處理后的總載荷和總壓心與總體專業(yè)提供的一致。

1.2 尾翼載荷處理步驟

本文給出民用飛機(jī)尾翼載荷處理方法，包括以下三個步驟：

首先用“方塊面積積分原理”對尾翼翼面的Cp分布進(jìn)行載荷積分。

然后用“正弦修正方法”對積分結(jié)果進(jìn)行載荷修正，得到翼面小塊載荷。

最后用“多點排列法”[1]進(jìn)行載荷分配，形成節(jié)點載荷列陣Force卡，用于有限元模型的計算。

該載荷處理方法完整地解決了民用飛機(jī)尾翼載荷從Cp分布到有限元節(jié)點的問題。

2 方法說明

2.1 Cp分布積分方法

以圖示水平尾翼為例，載荷專業(yè)給出了沿著水平尾翼展向13個站位，每個站位沿弦向51個等距離點（0.02倍當(dāng)?shù)叵议L的間距）上給出Cp壓力分布；另外，載荷專業(yè)還給出了13個站位的站位總載荷。這13個站位都是順氣流方向并且平行于X軸，如圖1所示。

首先根據(jù)Cp分布，得到每個網(wǎng)格點的壓強(qiáng)（Pa）。下文如果沒有特別指出，Cp分布指的就是每個網(wǎng)格點的壓強(qiáng)（Pa）。由于平尾主要以y向力為主，且上下蒙皮弧度較小，則以平面二維積分進(jìn)行Cp處理，摒棄多階多項式擬合站位分布，用小方塊面積與網(wǎng)格點的壓強(qiáng)相乘的方法，得出Cp點處的壓力（N）。

具體操作方法如下：

2.2 積分誤差修正

由于數(shù)值積分存在誤差，所以需要用氣動室提供的總載總壓心進(jìn)行修正。程序在修正時分為三步：首先進(jìn)行力修正，然后對彎矩修正，再進(jìn)行扭矩修正。下面仍以平尾為例詳細(xì)介紹載荷修正方法。

（2）彎矩的修正。

2.3 “多點排”分配原理

即可得到各有限元節(jié)點所分配的載荷。對整個氣動網(wǎng)點群上的每一個氣動點載荷按上述方法分配到有限元節(jié)點群上，就得到了載荷轉(zhuǎn)換的計算結(jié)果。

根據(jù)以上理論，只要對于每個氣動點選擇準(zhǔn)備分載的有限元節(jié)點，就可以利用以上公式來分配載荷，同時，應(yīng)結(jié)合實際情況合理地選取目標(biāo)有限元節(jié)點。

3 結(jié)語

通過該文所述的尾翼節(jié)點載荷處理方法，可解決氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點的問題。并且在保證總載一致的情況下，局部載荷分布也比較合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 《飛機(jī)設(shè)計手冊》總編委會編.《飛機(jī)設(shè)計手冊》第9冊，載荷、強(qiáng)度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint

摘 要：民用飛機(jī)尾翼所承受的載荷是進(jìn)行飛機(jī)尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。該文旨在有效解決此問題。

關(guān)鍵詞：Cp 積分 誤差修正 節(jié)點分載

中圖分類號：V215.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0061-02

民用飛機(jī)尾翼所承受的載荷是進(jìn)行飛機(jī)尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。對于尾翼，載荷通常以氣動網(wǎng)格點上的壓力（Cp——壓力系數(shù)）分布的形式給出。由于氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點上。通常的做法是對翼面Cp分布進(jìn)行積分，得到小塊載荷點的分布載荷，在與站位總載修正一致后，再生成有限元節(jié)點載荷列陣。

1 節(jié)點載荷生成方法

1.1 載荷確定原則

載荷確定原則包括如下幾項：

（1）保證尾翼各個子部件的氣動載荷分布。

（2）保證尾翼各個子部件處理后的載荷對各個站位的累計彎矩、剪力、扭矩與總體專業(yè)提供的累計彎矩、剪力、扭矩一致。

（3）保證尾翼各個子部件處理后的總載荷和總壓心與總體專業(yè)提供的一致。

1.2 尾翼載荷處理步驟

本文給出民用飛機(jī)尾翼載荷處理方法，包括以下三個步驟：

首先用“方塊面積積分原理”對尾翼翼面的Cp分布進(jìn)行載荷積分。

然后用“正弦修正方法”對積分結(jié)果進(jìn)行載荷修正，得到翼面小塊載荷。

最后用“多點排列法”[1]進(jìn)行載荷分配，形成節(jié)點載荷列陣Force卡，用于有限元模型的計算。

該載荷處理方法完整地解決了民用飛機(jī)尾翼載荷從Cp分布到有限元節(jié)點的問題。

2 方法說明

2.1 Cp分布積分方法

以圖示水平尾翼為例，載荷專業(yè)給出了沿著水平尾翼展向13個站位，每個站位沿弦向51個等距離點（0.02倍當(dāng)?shù)叵议L的間距）上給出Cp壓力分布；另外，載荷專業(yè)還給出了13個站位的站位總載荷。這13個站位都是順氣流方向并且平行于X軸，如圖1所示。

首先根據(jù)Cp分布，得到每個網(wǎng)格點的壓強(qiáng)（Pa）。下文如果沒有特別指出，Cp分布指的就是每個網(wǎng)格點的壓強(qiáng)（Pa）。由于平尾主要以y向力為主，且上下蒙皮弧度較小，則以平面二維積分進(jìn)行Cp處理，摒棄多階多項式擬合站位分布，用小方塊面積與網(wǎng)格點的壓強(qiáng)相乘的方法，得出Cp點處的壓力（N）。

具體操作方法如下：

2.2 積分誤差修正

由于數(shù)值積分存在誤差，所以需要用氣動室提供的總載總壓心進(jìn)行修正。程序在修正時分為三步：首先進(jìn)行力修正，然后對彎矩修正，再進(jìn)行扭矩修正。下面仍以平尾為例詳細(xì)介紹載荷修正方法。

（2）彎矩的修正。

2.3 “多點排”分配原理

即可得到各有限元節(jié)點所分配的載荷。對整個氣動網(wǎng)點群上的每一個氣動點載荷按上述方法分配到有限元節(jié)點群上，就得到了載荷轉(zhuǎn)換的計算結(jié)果。

根據(jù)以上理論，只要對于每個氣動點選擇準(zhǔn)備分載的有限元節(jié)點，就可以利用以上公式來分配載荷，同時，應(yīng)結(jié)合實際情況合理地選取目標(biāo)有限元節(jié)點。

3 結(jié)語

通過該文所述的尾翼節(jié)點載荷處理方法，可解決氣動網(wǎng)格節(jié)點與有限元網(wǎng)格節(jié)點不一致，翼面載荷難以直接施加到有限元節(jié)點的問題。并且在保證總載一致的情況下，局部載荷分布也比較合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 《飛機(jī)設(shè)計手冊》總編委會編.《飛機(jī)設(shè)計手冊》第9冊，載荷、強(qiáng)度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint