一、项目背景
机身设计应能承担航行过程中重力载荷和气动响应所造成的变形。变形反过来又会对嵌在机身上的机构产生载荷,造成用于操纵飞机的主飞行控制面移动。机身制造商必须确保飞行包线内任意一点处的机构变形都不会影响其操作。与此同时,欧洲航空安全局也要求机身制造商证明,用来操纵飞机的主飞行控制面不会由于飞机结构的变形而产生挤压、过度摩擦、脱离以及任何形式的破坏。
过去,空中客车会通过为每种型 的新飞机修建试验台,根据作用在机身上的作用力使结构总成出现翘曲,从而验证是否满足这一要求。最大的试验台足以装上宽体飞机的机翼,为了逼真再现飞行期间所能遇到的各种作用力,需要在许多不同的位置对结构施加作用力,因此设计极为复杂。试验台造价高达数百万美元,历时数月才能建成,进行试验还需要耗费大量的时间、金钱。并且样机试验只能在详细设计结束且飞机样机完工之后,才能开始。样机试验需要投入大量的时间。
二、解决方案
空中客车的管理团队决定尝试将规范合规性验证方式从样机试验改为仿真。Adams多体仿真(MBS)软件由于能够对复杂机构进行建模并可与有限元模型联合仿真预测机身变形而被选中。空中客车多体仿真团队决定对A400M水平尾翼铰链进行仿真,对承受载荷的铰链7中的间隙g2进行预测,而该数据以前是通过样机试验获得。
采用与真实试验相同的边界条件建立Adams多体仿真。建立了HTP以及左右侧升降舵的MSC Nastran有限元模型。分别针对每个柔性体导出了模态中性文件(MNF),并将其与Adams模型结合在一起。MNF文件由用物体坐标表达的所有边界模式以及用模态坐标表达的部分弹性模态组成。HTP的有限元模型约有35,000个自由度(DOF),而MNF所定义的柔性体仅有约100个自由度,在解算过程中显著节约了时间。
三、价值
- 用Adams仿真取代昂贵的实物试验,大幅节约了时间和成本
- 不同于在样机试验台上进行试验,测试工况的数量和组合形式可不受限制
- 仿真结果能成功地与所有的试验进行关联
- 这些结果让欧洲航空安全局(EASA)认识到,可以用Adams仿真来取代功能试验,因此采用仿真来认证A350-1000 XWB 机翼
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