某型飞机内外襟翼间密封件密封性能仿真研究

汤国伟

【摘 要】本文通过HyperWoks软件对某型飞机内外襟翼件密封件进行显示动力学分析，通过采用超弹性本构和type7接触类型，成功得到密封件在巡航状态下的密封状态。

【关键词】襟翼；密封件；仿真；显示动力学

【Abstract】Explicit dynamic analysis of Seals between inside board flap and outside board flap of an aircraft has been done with HyperWorks. By using of hyper-elastic constitution and type 7 contact type， the seal status under cruise condition of Seals has been successfully obtained.

【Key words】Flap； Seals； Simulation； Explicit Dynamics

0 前言

民用飞机上设计有大量的密封件，以维持气动效率。内、外襟翼之间常常设计有非常复杂的密封件，这是由于内、外襟翼之间空间复杂，设计空间小，且低速阶段，承受很大的气动载荷[1]。研究该处密封件的密封性能非常重要，然而通过一般的仿真手段很难获得收敛的结果。本文通过HyperWorks软件建立内外襟翼之间密封件显示动力学模型，成功获得巡航状态下的密封件变形结果。与地面装机状态进行对比，为密封件设计提供参考。

1 襟翼间密封件建模

民用飞机起降过程分为：起飞、巡航、复飞、着陆状态。在起飞、复飞、着陆状态下内、外襟翼之间存在较大的阶差，无需进行密封，没有必要进行密封仿真。因此，本文着重进行巡航状态下内外襟翼密封件的显示动力学仿真。并与地面装机状态下进行对比。

密封件的接触包括内外襟翼密封件之间的接触和密封件本身的自接触。由于内外襟翼密封件在实际工作状态下干涉量较大，接触部位变形大，导致仿真的收敛性难度增加。密封件采用六面体网格进行离散，模型共包括4万网格和6万多节点。内外襟翼间密封件壁厚较薄，最薄的部位只有1mm，这也导致密封件模型的网格最小尺寸较小，网格的数量规模增加，进而导致计算步长急剧降低和计算时间增加。

在地面状态和巡航状态下，密封件存在初始干涉，为了保证计算进行，首先将两个密封件按照路径分开，然后在仿真计算过程中，按照该相反路径重新将两个密封件运动到地面状态和巡航状态。完成整个密封件在两种状态下的密封仿真。建立完毕的密封件仿真模型件图3。

2 地面状态密封件仿真结果

地面状态下，由于内外襟翼处于安装状态，内外襟翼密封件之间阶差为0，两者的干涉量较大，密封件受挤压产生向上变形，密封仿真结果显示密封件接触良好，能够完全密封。具体密封效果和各个密封截面见图4。

3 巡航状态密封件仿真结果

巡航状态下的密封件仿真结果见图5、图6。在图5 A处、B处出现重叠现象，导致密封失效。其余部位密封件受挤压，能够达到较好的密封效果。通过对比地面装机状态和巡航状态的结果可以发现，巡航状态的密封变形与地面装机状态的变形并不一致。地面装机状态，密封效果非常好，气流无法从两种之间穿过。而巡航状态下，图6A处、B处出现密封件之间插入，而不是挤压变形。气流可以从A、B两处穿过，对气动效率有一定影响。这主要是因为：第一，内外襟翼刚度设计导致在巡航状态下，内外襟翼的变形不一致，密封件的挤压不对称；第二，机翼采用超临界翼型，机翼尾部厚度非常小，密封件的截面积有限，很容易发生挤压错位情形。

4 结论

内外襟翼密封件由于存在材料非线性和几何大变形，想通过仿真手段分析获得真实状态下的密封效果经常在计算时无法收敛，本文采用超弹体材料Mooney-Rivlin材料本构，和type7接触类型，通过显示动力学分析，成功得到密封件在巡航状态下的变形状态和变形趋势，给密封件的设计提供了参考。

【参考文献】

[1]沈俊彦.商用飞机缝翼密封件设计[J].科技信息，2013，16：393-394.

[责任编辑：杨玉洁]