水陆两栖飞机外挂物刚度等效计算研究.pdf

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1、·156·科技论坛水陆两栖飞机外挂物刚度等效计算研究曾毅杨仕福（中航通飞研究院有限公司，广东珠海519040）摘要：外挂物与飞机的连接刚度对水陆两栖飞机的振动特性及颤振特性具有显著影响。本文根据颤振分析需要，研究了大型外挂物连接刚度的等效计算方法，并根据有限元模型计算了发动机支架和浮筒支架的等效总体刚度和等效梁截面参数，为机翼颤振分析提供了参考。关键词：外挂物；连接刚度；等效1概述外挂物与飞机结构的连接刚度对飞机的固有振动特性及颤振特性有一定影响。因此，在飞机设计初期，进行固有振动及颤振特性分析时，就必须考虑并模拟外挂物连接刚度。对于水陆两栖飞机，其

2、一般采用翼吊式发动机布局，且为了保证水陆两栖飞机水上起降时的横向稳定性，机翼下方还布置有浮筒。经验表明，翼吊发动机及浮筒这些大型外挂物会直接影响水陆两栖飞机的振动特性和颤振特性。图1发动机支架有限元模型图2浮筒支架有限元模型通常，外挂物与飞机结构之间可通过刚性元或弹性元连接，也表1发动机支架总体刚度计算结果可采用柔度影响系数矩阵描述。但颤振分析时，由于模型局部刚度
会引起局部模态，因此应对局部刚度进行等效，避免模型固有特性Nm/radNm/rad分析时出现局部模态，影响颤振分析结果。根据水陆两栖飞机颤振特性分析的需要，本文研究了大型外挂

3、
6.7298E+073.6860E+07物连接刚度的等效计算方法，并根据结构有限元模型计算了飞机发
2.6382E+071.7576E+07动机支架和浮筒支架的等效总体刚度和等效梁的截面特性参数，从1.8630E+097.1817E+08而为机翼的颤振分析提供参考。2计算方法及结果表2浮筒支架总体刚度计算结果在飞机机翼颤振风洞试验模型制作时，一般采用铝合金梁模拟发动机支架及浮筒挂架的刚度特性，所以需要通过计算分析或试验
等获得等效梁的总体刚度及等效截面参数。Nm/rad发动机支架、浮筒挂架的总体弯曲刚度F可由式（1）计算得到，
2

4、.2831E+07而等效梁截面弯曲刚度EI可由式（2）计算得到。2
2.0123E+07plF
（1）v7.8897E+09
pl（2）v
3EI表3发动机支架及浮筒挂架等效梁截面参数其中，p为施加在重心处的载荷，l为重心处到约束点的距离，v



mmm为施加相应载荷所产生的挠度。发动机支架、浮筒挂架的总体扭转刚度T可由式（3）计算得到，
I1.4999E-045.8306E-051.0300E-04

而等效梁截面扭转刚度GIP可由式（4）计算得到。
I2.4723E-048.5130E-051.8100E-05TT
n
J

5、7.7408E-052.0784E-051.7317E-05（3）
Tl根据颤振建模分析要求，应进一步将外挂物支架的总体刚度等n

（4）效为一根等截面梁。表3给出了计算得到的发动机支架及浮筒支架GIp等效梁截面特性参数。其中，等效梁的材料参数为：30CrMnSiA，其中，Tn为施加在重心处的扭矩，琢为相应的扭转角。。3计算结果4结论为了计算外挂物支架的等效刚度，首先应建立其有限元模型。由于水陆两栖飞机的特殊性，其一般采用翼吊式发动机布局，根据发动机支架的型式及传力路径，使用MSC.NASTRAN软件建且为了保证水陆两栖飞机水上起降时的横向稳定性，机

6、翼下方还布立发动机支架的有限元模型，如图1所示。然后，将发动机支架在与置有浮筒。这些大型外挂物都会直接影响水陆两栖飞机的振动和颤机翼前梁的连接接头处固支，在发动机短舱的重心处施加载荷，从振特性。静力分析时，外挂物与飞机结构之间可以采用细节有限元而获得发动机支架的刚度数据，结果如表1所示。模型模拟。但颤振分析时，由于模型局部刚度会引起局部模态，因此浮筒是保持飞机在水面上横向稳定性的关键部件，其支架由应对外挂物连接进行等效。前、中、后、前斜和后斜5根支柱组成。根据浮筒支架的结构型式，使本文研究了水陆两栖飞机大型外挂物连接刚度的等效计算方用MSC.NAST

7、RAN软件建立其有限元模型，如图2所示。然后，将法，并根据结构形式建立了外挂物支架有限元模型，然后根据有限浮筒支架在与机翼的连接接头处固支，在浮筒及挂架的重心处施加元模型计算了外挂物支架的等效总体刚度和等效梁的截面特性参载荷，从而获得浮筒支架的刚度数据，如表2所示。数，从而为飞机的颤振分析提供了参考。作者简介：曾毅（1977-），男，高级工程师，湖北荆门人，硕士，研究方向：飞机结构强度设计。