一种针对静气动弹性分析的型架外形的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞机气动力设计领域，特别是涉及一种针对静气动弹性分析的型架外形的设计方法。
【背景技术】
[0002]气动弹性力学是研究空气动力与飞行器结构弹性变形相互作用及其对飞行影响的学科。它的研究内容涉及空气动力学、飞机结构力学和大气层飞行动力学等方面。飞行器的结构不可能是绝对刚硬的，在空气动力作用下会发生弹性变形；这种弹性变形反过来又使空气动力随之改变，从而又导致进一步的弹性变形，这样就构成了一种结构变形与空气动力交互作用的所谓气动弹性现象。气动弹性对飞行器的操纵性和稳定性会产生显著影响，严重时会使结构破坏或造成飞行事故。因此气动弹性问题是飞行器(特别是一些刚度较小而速度较高的飞机)设计中需要考虑的一个重要问题。
[0003]气动弹性对飞行影响的问题，主要是从结构强度和飞行器的动态特性(操纵性、稳定性)两个方面进行研究的。常遇到的有变形发散、操纵反效和静稳定性影响等气动弹性静力学问题，以及颤振、阵风响应、抖振、动稳定性和操纵反应等气动弹性动力学问题。例如大展弦比飞机，其弹性气动力特性主要属于气动弹性静力学问题，指的是结构弹性对气动力特性的影响。
[0004]目前，弹性气动力特性分析方法是计算巡航外形下的气动力，使用巡航外形结构有限元模型进行静气动弹性计算分析，得到弹性气动力特性计算结果。但这并不符合真实情况，因为飞行器在生产时采用的是型架外形(即地面外形)；而对于大展弦比的飞机，主要是针对巡航外形设计，无法保证型架外形在设计巡航状态飞行时，气动性能能够恢复到巡航设计状态，从而使得弹性气动力特性分析结构不够精确。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供了一种针对静气动弹性分析的型架外形的设计方法，能够解决目前的型架外形导致弹性气动力特性分析结构不够精确的问题。
[0006]—种针对静气动弹性分析的型架外形的设计方法，包括如下步骤:
[0007]步骤一、设置一个未受载条件下的基础外形；
[0008]步骤二、根据所述基础外形建立静气动弹性计算模型，计算得到巡航外形；
[0009]步骤三、获取所述巡航外形结构有限元模型，根据所述巡航外形结构有限元模型进行平衡载荷反加载计算，得到型架外形；
[0010]步骤四、将所述型架外形进行地面试验验证和弹性风洞试验验证。
[0011]优选的，在所述步骤二中，所述静气动弹性计算模型包括气动力计算模型、质量模型以及气动/结构耦合模型。
[0012]优选的，在所述步骤三中，还包括:
[0013]步骤3.1、根据所述型架外形重构所述巡航外形结构有限元模型；
[0014]步骤3.2、将重构的所述巡航外形结构有限元模型进行1G平衡载荷计算，得到的重构外形；
[0015]步骤3.3、将所述重构外形与所述巡航外形进行对比，若翼尖位置差量相差不超过10_，同时翼尖扭转角差量相差不超过1°，则进行1G平衡载荷计算前的外形即为型架外形；
[0016]若翼尖位置相差超过10mm，或者翼尖扭转角差量相差超过1°，则返回调整步骤三中所述巡航外形结构有限元模型，直到翼尖位置差量相差不超过10mm，同时翼尖扭转角差量相差不超过1°。
[0017]优选的，在所述步骤四中是依据所述型架外形设计弹性风洞试验模型，再进行所述地面试验验证和弹性风洞试验验证。
[0018]优选的，所述地面试验验证包括:
[0019]将所述地面试验得到的模型刚度矩阵与所述型架外形仿真计算得到的刚度矩阵进行对比，若相差超过10%，则更改所述弹性风洞试验模型刚度水平，直到与型架外形仿真计算得到的刚度矩阵的差值小于10%。
[0020]优选的，所述风洞试验验证包括:
[0021]将所述风洞试验得到的翼尖弹性变形量与所述型架外形仿真计算得到的翼尖弹性变形量进行对比，若相差超过10_，或翼尖扭转角差量相差超过1°，则更改型所述架外形结构有限元模型的刚度水平，直到与所述型架外形仿真计算得到的翼尖弹性变形量相差不超过10mm，或翼尖扭转角差量相差不超过1°。
[0022]本发明的优点在于:
[0023]本发明的针对静气动弹性分析的型架外形的设计方法中，将得到的型架外形进行地面试验验证和弹性风洞试验验证，使得型架外形更能够满足弹性气动力特性分析，提高了分析的准确性。
【附图说明】
[0024]图1是本发明针对静气动弹性分析的型架外形的设计方法流程图。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0026]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0027]下面结合附图1对本发明针对静气动弹性分析的型架外形的设计方法做进一步详细说明。
[0028]本发明提供了一种针对静气动弹性分析的型架外形的设计方法，包括如下步骤:
[0029]步骤一、设置一个未受载条件下的基础外形，此时外形类似一个平面。
[0030]步骤二、根据基础外形(以及操纵面特点等)建立静气动弹性