[发明专利]一种民用固定翼飞机系留方案快速设计方法

说明书

本发明公开了一种民用固定翼飞机系留方案快速设计方法，首先对飞机简化分析后确定飞机各部件的刚度和几何尺寸；然后确定系留点位置，在地锚点允许存在区域均匀排布地锚点；将飞机的气动载荷根据静力平衡原理分配到三个子结构，再利用有限元法求得起落架所受地面支反力，判断系留绳拉力是否为负，若为负，则强制将该系留绳设为不受力，重新计算支反力，直到所有系留绳都受拉力或不受力；接下来判断地面摩擦力限制条件和系留绳支反力限制条件，从而判断地锚点位置是否安全；计算完所有地锚点位置，输出地锚点安全区域。该方法能够减小计算量，减少计算耗时，并在系留点确定的情况下给出地锚点的安全区域，缩减民用飞机系留方案的设计与校核时间。

技术领域

本发明属于航空技术领域，具体涉及一种系留方案快速设计方法。

背景技术

大风天气情况下，需要对无法转场或进机库的民用飞机进行系留操作来固定飞机，使飞机不发生滑动、倾翻、后仰，维持原位置不变。系留操作一般方式是把停机坪上的地锚点和飞机机体或起落架上的系留点用系留绳连接起来。因此需要计算大风天气下飞机系留点和系留绳所受载荷并进行校核，确定系留点和地锚点安全位置。

目前计算系留载荷的方法主要有矩阵力法和矩阵位移法(孙淑苓，田石鳞，黄蓝.舰载直升机系留载荷及全机应力计算方法研究[J].航空学报，1989，10(10)：489-494.)、依据能量原理的迭代方法(李进军，刘土光，夏鸿飞.舰载直升机系留计算分析[J].华中理工大学学报，1996，24(8)：94-96.)和有限元法(徐春雨，章仕彪.基于非线性静力学模型的飞机系留载荷计算方法研究[J].民用飞机设计与研究，2011(3)：14-16；顾伟彬,金秀芬,马建.大型固定翼民用飞机系留载荷非线性计算分析[J].应用力学学报,2014,31(04):496-501+2；)，其中矩阵力法、矩阵位移法、依据能量原理的迭代方法主要针对舰载直升机的系留载荷的计算。民用固定翼飞机系留载荷的计算主要使用的有限元法，其主要步骤为建立CAD模型模拟系留状态下飞机结构，绘制网格，通过大型非线性有限元软件进行计算分析得到系留载荷。但是现有的有限元法，每一种型号的飞机都要建立相应的CAD模型并绘制相应的网格而且计算量大、计算耗时长，而且在系留点位置确定的条件下无法直接给出地锚点安全区域。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种民用固定翼飞机系留方案快速设计方法，首先对飞机简化分析后确定飞机各部件的刚度和几何尺寸；然后确定系留点位置，在地锚点允许存在区域均匀排布地锚点；将飞机的气动载荷根据静力平衡原理分配到三个子结构，再利用有限元法求得起落架所受地面支反力，判断系留绳拉力是否为负，若为负，则强制将该系留绳设为不受力，重新计算支反力，直到所有系留绳都受拉力或不受力；接下来判断地面摩擦力限制条件和系留绳支反力限制条件，从而判断地锚点位置是否安全；计算完所有地锚点位置，输出地锚点安全区域。该方法能够减小计算量，减少计算耗时，并在系留点确定的情况下给出地锚点的安全区域，缩减民用飞机系留方案的设计与校核时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：对飞机结构进行简化分析：将机身和机翼根部位置视为整体刚性梁，机翼和起落架视为刚度不同的梁，系留绳视为只能承受拉力的杆，起落架与机身连接方式视为固支，起落架与地面的支撑视为无位移约束；

步骤2：根据飞机型号确定重力作用下简化分析后飞机各部件的刚度和几何尺寸；

步骤3：在飞机上设定系留点，固定系留点位置；设定候选地锚点位置数量，在划定的允许地锚点存在的地面区域均匀排布候选地锚点位置；对候选地锚点位置编号，选择第一个候选地锚点位置；

步骤4：根据静力平衡原理将集中作用于飞机机身的气动载荷分解到三个子结构：三个子结构分别为前起落架与系留绳组成的子结构，左侧主起落架、左机翼和系留绳组成的子结构，右侧主起落架、右机翼和系留绳组成的子结构；

步骤5：利用有限元法计算每个子结构中起落架所受地面支反力、系留绳所受载荷、系留点所受载荷；