直升机操纵系统结构协调性仿真试验研究

摘要

直升机技术复杂、质量要求高、研制周期短的特性，促进了直升机数字化设计技术的产生和发展。直升机操纵系统是直升机重要组成部分，其结构协调性优劣直接影响直升机的飞行性能和安全。直升机操纵系统结构协调性仿真试验是直升机数字样机技术的重要组成部分。本文进行直升机操纵系统结构协调性仿真试验研究，为柔性体的干涉检查做了有益的探索，为直升机操纵系统结构协调性检查提供一种可行的解决方案。本文研究对于实现直升机数字化设计具有重要的理论意义和现实指导作用。 本文简要介绍了直升机操纵系统的功能和结构。参考法国海豚直升机的操纵系统，利用多体动力学仿真Virtual.Lab建立了直升机周期操纵系统和总距操纵系统三维实体模型。通过施加约束建立系统数字样机，实现了横向操纵、纵向操纵和总距操纵的运动仿真。 在Virtual.Lab中，对由零件在设计、制造过程中的错误造成的装配干涉，以及装配过程中装配路径的不合理导致的装配干涉，进行了静态干涉检查和动态干涉检查，同时通过运动仿真对动部件在其运动空间内的干涉检查方法进行了讨论。 针对操纵系统细长拉杆的结构和加载条件，利用ANSYS软件建立细长杆有限元模型，对其进行线性特征屈曲分析，获得保守的屈服临界载荷。在此基础上生成有初始几何缺陷的有限元模型，进行了非线性特征屈曲分析，讨论了其在稳定性和失稳后的变形情况。 基于ANSYS/LS-DYNA显式动力程序，建立了失稳细长杆和干涉体动态接触计算模型，通过非线性大变形接触分析，得出了细长杆的碰撞响应，从碰撞干涉的力学角度出发，实现了柔性压杆的运动干涉检查。 本文研究成果为直升机操纵系统设计提供了有效的分析手段，可以大大提高设计质量、减少实物试验次数、缩短研发周期和降低成本。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1数字样机技术

1.2.2干涉检查技术

1.3主要研究内容及创新点

第二章直升机操纵系统的功能和结构

2.1直升机操纵系统工作原理

2.2座舱操纵系统

2.3操纵线系

2.4自动倾斜器

2.5独立性与交连

2.6助力操纵系统

2.7本章小结

第三章操纵系统数字样机系统建模及运动仿真

3.1直升机数字样机设计简介

3.2多体仿真软件Virtual.Lab简介

3.3几何建模

3.4多刚体系统建模

3.4.1系统约束的确定

3.4.2施加驱动

3.5多刚性系统运动学仿真

3.5.1仿真参数设置

3.5.2仿真结果

3.6本章小结

第四章刚性操纵系统干涉检查

4.1碰撞干涉

4.2三维空间碰撞干涉检测算法

4.3基于Virtual Lab的操纵系统干涉检查

4.3.1操纵系统干涉检查内容

4.3.2静态干涉检查

4.3.3运动干涉检查

4.4本章小结

第五章细长压杆稳定性分析

5.1细长压杆稳定性分析模型

5.1.1细长压杆的动力学模型及其简化

5.1.2静力学模型

5.1.3线性动力学模型

5.1.4简化的非线性动力学模型

5.2 ANSYS屈曲分析技术

5.2.1 ANSYS软件简介

5.2.2屈曲分析的有限元理论

5.2.3屈曲分析的分类

5.3实例分析

5.3.1拉杆线性特征屈曲分析

5.3.2非线性特征屈曲分析

5.4本章小结

第六章柔性压杆碰撞干涉检查

6.1接触问题有限单元法的基本概念

6.2动态接触分析

6.2.1 ANSYS/LS-DYNA简介

6.2.2显式动力分析基本理论

6.2.3 LS-DYNA接触碰撞的基本算法

6.2.4对称罚函数方法的有限元实现

6.3具体实现

6.3.1模型的建立

6.3.2加载求解

6.3.3动态接触仿真结果

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1本文研究内容总结

7.2进一步研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢