民用飞机吊挂后缘强度分析

2017-07-01冒颖

科技视界 2017年6期

冒颖

【摘要】后缘结构位于吊挂后部，为内部系统提供保护，是全机气动外形的一部分，改善气动阻力。本文介绍了吊挂后缘强度的分析过程和方法，对其关键接头和子结构进行了分析，得出了强度结论，为类似的飞机整流结构的强度分析，提供了参考。

【关键词】吊挂后缘；接头；强度；分析方法

0 引言

后缘作为吊挂组成结构中的一部分，位于吊挂的后端，也介于发动机尾喷和机翼之间。后缘的主要作用是整流维形，并为系统提供通路。后缘有几种设计形式，空客形式的后缘由两部分组成，固定后缘和活动后缘，其固定部分与吊挂盒段相连，活动部分与机翼接头连接；波音形式的活动后缘直接与机翼连接，不与吊挂盒段连接。本文介绍一种国产飞机的吊挂后缘结构，它由前后5个单双耳片与飞机机翼结构连接，本文给出这种后缘结构的接头强度分析过程以及其他子结构的安全裕度。

1 有限元模型简介

本文采用有限元法对后缘结构进行建模分析。采用的前处理软件为hypermesh，后处理软件为nastran。本文建立了详细的后缘模型进行强度分析，框、梁、壁板、蒙皮均采用壳单元来模拟，连接这些结构间的连接紧固件采用beam-bush-MPC来模拟，其中beam模拟了紧固件本身的刚度，bush单元模拟了紧固件与连接件之间的挤压刚度，MPC模拟了连接件与紧固件之间轴向刚度。根据实际传载情况对接头耳片进行了面内约束。后缘有限元模型如图1所示。

2 载荷概述

根据条款要求，后缘结构需满足限制载荷、极限载荷要求。由于后缘结构为整流结构，因此限制载荷由过载与气动压力叠加得到，极限载荷除了考虑1.5倍的过载之外，还需考虑FBO情况引起的动态响应载荷。

根据后缘站位，从全机载荷包线中初步筛选出严酷工况有二十二个，加上FBO工况中筛选出来的二十个工况，一共需计算限制、极限工况六十多个。在nastran卡片中直接写入载荷卡片是最快捷的方法。过载用GRAV卡片定义，角加速度用RFORCE卡片定义，压力分布载荷用PLOAD4卡片定义，格式如图2所示。

3 静强度分析

使用nastran软件对有限元模型进行静力计算，得到64个计算工况下的后缘结构应力和紧固件受力，将零件最大的应力与材料许用值对比，得出零部件的静强度裕度。从有限元计算结果文件中提取紧固件轴力和剪力分别与紧固件的许用值相比，得到紧固件安全裕度，此外还需要对孔进行挤压强度分析，得到紧固件孔的安全裕度，最终得出整个后缘结构的静强度分析结论。由于后缘处于发动机尾喷影响区域，因此需考虑温度对材料性能的影响，本文的强度计算中通过相应的温度系数来考虑。

3.1 接头校核

后緣是通过5处接头连接在机翼接头上的，因此接头是后缘结构最重要的传力路径，需重点校核耳片的拉伸强度，屈服强度，孔挤压强度，销子的剪切强度等。强度计算公式见参考文献[1]9.8节耳片分析部分。后缘接头校核结论是，极限载荷条件下，最小安全裕度为0.31，满足强度要求。

3.2 Von Mises应力校核

后缘结构采用Von Mises应力来校核，安全裕度计算公式如下：

M.S.= -1

式中：Ftu为框使用材料的拉伸许用值，σ为零件最大的Von Mises应力，直接从有限元模型应力云图中读取，对2D 单元选择以下选项：最大z1，z2，非平均，单元中心。后缘共包含框、梁。蒙皮等主要结构，从有限元模型64个工况计算文件中筛选出最大应力，得到最小安全裕度0.11。图2给出应力云图示例。

3.3 屈曲强度校核

蒙皮、框腹板等结构的校核，除了要进行Von Mises应力校核之外，还需进行局部屈曲分析，计算公式如下：

M.S.=load factor-1

式中：load factor使用NASTRAN 105求解器来计算，可直接从结果文件中读出。

经分析后缘结构最危险屈曲部位在蒙皮上，屈曲安全裕度为1.33。

3.4 紧固件校核