[发明专利]基于悬链线模型的船载飞机系留载荷计算方法及其装置

说明书

本发明公开了一种基于悬链线模型的船载飞机系留载荷计算方法，包括以下步骤：简化飞机模型，将飞机机轮等效为弹簧模型，飞机机身等效为刚体，甲板等效为刚体；根据简化后的飞机模型，确定飞机刚体结构的位移类型；通过坐标变换，把刚体上任意一点的位移表达成飞机机轮变形位移及刚体在甲板平面内滑动位移的组合形式；简化系留索具模型，根据系留索具绷紧到松弛状态的受力特点，构建系留索具悬链线力学模型；以系留索受力平衡为约束条件，构造索具载荷联立方程，借助牛顿－拉斐尔法通过数值迭代求解，得到系留索系留载荷。本发明提出的基于悬链线模型的船载飞机系留载荷计算方法，可实现快速准确计算船载飞机系留载荷。

技术领域

本发明涉及船舶力学技术领域，尤其涉及一种基于悬链线模型的船载飞机系留载荷计算方法及其装置。

背景技术

近年来，我国公务执法船、科考船、海军水面舰船等发展十分迅速，船载飞机逐渐成为大型舰船的常规装备。舰船航行时受风、浪、涌影响会产生复杂摇摆运动，甲板飞机在各个自由度方向将承受不同程度惯性载荷，若系固载荷超过飞机结构或甲板系留装置安全阈值，飞机结构或甲板系留装置将会受到损坏，同时还可能激发更大的甲板事故。

受甲板风、纵横摇等复杂环境，以及飞机机体、机轮、柔性索具、钢质甲板、轮挡等耦合形成的复杂多体系统影响，常规数值计算方法尚难以有效开展船载飞机系留载荷计算。一是甲板飞机系留结构是典型的非线性静不定问题，系留索变形呈现绷紧、松弛的交替变化状态，数学求解困难；二是系留索变形呈悬链线状态，承拉不承压，常规的线性力学计算模型如杆元、梁元难以有效应用，加之系留索受力变幅大，常规等效模型或简化分析方法均会有不同程度的失效。ADAMS等动力学仿真软件虽可较好地模拟轮胎、起落架支柱、机体等承载和变形工况，但软件中尚无合适的绳索单元来模拟系留索具，需要开发适用的绳索单元。

因此，探索一种快速准确计算船载飞机系留载荷的计算方法变得尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于悬链线模型的船载飞机系留载荷计算方法及其装置，旨在实现快速准确计算船载飞机系留载荷。

为实现上述目的，本发明提供一种基于悬链线模型的船载飞机系留载荷计算方法，包括以下步骤：

简化飞机模型，将飞机机轮等效为弹簧模型，飞机机身等效为刚体，甲板等效为刚体；

根据简化后的飞机模型，确定飞机刚体结构的位移类型；

通过坐标变换，把刚体上任意一点的位移表达成飞机机轮变形位移及刚体在甲板平面内滑动位移的组合形式；

简化系留索具模型，根据系留索具绷紧到松弛状态的受力特点，构建系留索具悬链线力学模型；

以系留索受力平衡为约束条件，构造索具载荷联立方程，借助牛顿－拉斐尔法通过数值迭代求解，得到系留索系留载荷。

优选地，所述根据简化后的飞机模型，确定飞机刚体结构的位移类型具体包括：

将飞机刚体重心的空间六个自由度的位移分为两类，I类是由飞机机轮或缓冲器变形引起的刚体位移，指机轮有三个独立的Z向位移w₁,w₂,w₃，这三个独立位移表达刚体在甲板垂直方向产生的位移w₀，以及绕X轴的转角γ和绕Y轴的转角β；

II类是刚体在甲板平面内滑动产生的位移，指刚体在甲板平面内沿X轴和Y轴方向的平移(x₁y₁)，以及绕Z轴的转角α′。

优选地，w₀,γ,β和w₁,w₂,w₃之间的关系如下：