NX响应分析工具的直升机动力学应用

作者：Mark Donley, Mary Baker    来源：DesignNews

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 直升飞机承受了多种动态负荷，从螺旋桨旋转轴、引擎振荡、振荡产生的压力波动、降落到有效负荷处理产生的高瞬态振动负荷。分析师担心这些负荷振动会对操作性能、飞行器的耐受力、以及设备和有效负荷的要求产生影响。其中，很多负荷都是周期性的，并与螺旋桨旋转系统相一致。旋转速度在1P或者2P（P＝每转）情况下产生的垂直或者水平负荷是由转轴的不平衡性以及螺旋桨上升力差产生的。螺旋桨多种旋转频率更替也能产生的高频率负荷。在两浆系统中，4P和6P转速最受欢迎。其他来自引擎振动和空气动力振荡的负荷都具有随机性。 载荷定义来源于实际的飞行测量或多年的飞行测试手册。MIL-STD-810F为直升机振动水平上提供了大量可接受的数据，这些数据经常被引用为直升机组件或有效载荷必须的环境。这个载荷定义允许独立于整个系统，单独分析子系统。这样可以提高分析效率。MIL-STD-810F中的振动耐受指标包含了前面描述的载荷效应，因此包含谐波和随机加速度载荷的定义。 完整直升机系统分析用于评估转子和框架结构的响应。此处用MIL-STD-810F预计直升机系统的载荷。实际飞行数据由周期和随机载荷组成，被称为sine-on-random。随机振动分析和谐波响应分析的假设是不同的。因此用组合的数据作随机响应或谐波响应的频域分析是不合适的。常用的方法是将纯正弦载荷从随机振动载荷中分解出来，这样分离的载荷可以用于响应的频域仿真。这是MIL-STD-810F建议的方法。它们提供了载荷分离的方法。正弦和随机分析的响应可以被叠加。NX Response Simulation工具提供了这种方法。 NX函数工具可以方便的生成PSD，sine或脉冲载荷表达式。同样的工具还可以将实际的飞行时间历程变换成任意数量的频域形式，比如PSD，谐波或振动响应谱。 瞬态的飞行载荷可以被表示为正弦载荷和随机载荷。另外的分析用于预计随机空气动力学载荷和谐波非平衡载荷的响应。每个载荷的响应首先单独分析。然后求解时域的sine-on-random响应，预计它们的组合效应。 用NX Nastran求解系统模态。静模态载荷条件的设置可以完全在NX Pre/Post环境下完成。模态计算完成之后，NX Response Simulation可以通过附加OP2文件的方式引用这些模态。用户定义动力学事件，如瞬态、频率、随机PSD，或响应谱。函数工具包可以用户创建载荷函数。响应可以在模型的任何位置计算，并可以通过后处理显示。 因为MIL-STD-810F定义的载荷是强制基础加速度载荷，而直升机是自由条件，所以这个载荷不能直接应用。但是可以通过施加强制载荷，并缩放该载荷到接近标准中规定加速度的大小，导出该载荷。比如，假定分布的空气动力学载荷在飞行器的重心处，力的PSD载荷将施加在该位置附近。力的PSD载荷在同样的频率范围内和形状下按照加速度的PSD给定。载荷再按比例增加到预计的航空结构加速度PSD。x、y、z方向的载荷同时施加。 为了找出随机载荷作用下连接系统中最大应力的位置，计算了该范围内Von Mises均方根应力。NX Response Simulation可以直接计算随机分析的Von Mises应力。 在第二次分析中，评估转子的谐波振动载荷。因为这些载荷是由转子的非平衡力引起的，所以力位于转子轮毂处。力谱在所有频率范围内（1-500Hz）具有一致的大小。同随机响应分析类似的缩放过程用于确定合理的谱幅值。在仪表板分析中，响应首先为谱包络线计算，然后过滤到1倍、2倍、4倍和6倍频率。 我们经常需要评估随机响应载荷和谐波载荷的组合响应。分析两种载荷响应的最直接的方法就是，将两种载荷转换到时域，并重新构建等效瞬态载荷。这个载荷同频域的正弦和随机方式表达的载荷具有相同的能量分布。NX Response Simulation中的变换函数算子可以将频域谐波载荷和PSD函数转换到时域。 谐波载荷和随机载荷贡献的比例，可以通过转换瞬态响应到PSD函数的方式实现。瞬态应力数据还可以被用于耐久性评估，进而预计双重载荷作用下的疲劳寿命。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/8/2007)