FlightLoads and Dynamics
 

FlightLoads and Dynamics

Комплексный анализ аэроупругих, динамических и прочностных характеристик летательных аппаратов

Специализированное приложение для аэрокосмической отрасли

В авиастроении одним из основных критериев, по которым ведется оптимизация проекта, является масса летательного аппарата (ЛА). Облегчение конструкции ЛА повышает его экономические показатели, однако может приводить к снижению его жесткости, что оказывает влияние на аэродинамические характеристики, характеристики устойчивости и управляемости ЛА. Таким образом, исследование взаимодействия аэродинамических сил, сил упругости и инерции является важной и актуальной задачей.

FlightLoads and Dynamics – это приложение, предназначенное для решения дозвуковых, сверхзвуковых, стационарных и нестационарных задач аэроупругости. В качестве решателя используется программный пакет MSC Nastran с поддержкой опций Aeroelasticity I и Aeroelasticity II (расчет, соответственно, до- и сверхзвукового обтекания ЛА).

Расчетная модель для решения задач аэроупругости создается в среде Patran с поддержкой модуля FlightLoads and Dynamics. Аэроупругая модель включает в себя две модели: упруго-массовую и аэродинамическую. Упруго-массовая модель создается с помощью средств Patran. Аэродинамическая – в модуле FlightLoads. Связь двух моделей производится посредством сплайнов.

Для расчета аэродинамических нагрузок имеются следующие методы:

  • Doublet-Lattice Method (DLM);
  • ZONA51;
  • Subsonic Wing-Body Interference Theory (Slender Bodies);
  • Mach Box Method;
  • Strip Theory;
  • Piston Theory.
В FlightLoads решаются следующие задачи:
  • Балансировка упругого или «жесткого» ЛА;

    В системе FlightLoads решаются задачи статической аэроупругой устойчивости, определяются кинематические характеристики органов управления и исследуется влияние упругой деформации на перераспределение аэродинамических сил. Имеется возможность решать 3 типа задач:

    • Расчет балансировки «жесткого» ЛА;
    • Расчет изменений аэродинамических сил, обусловленных влиянием упругости ЛА – расчёт аэроупругих приращений;
    • Расчет балансировки упругого ЛА.

    В результате решения задач статической аэроупругости, определяются неизвестные балансировочные переменные, шарнирные моменты, интегральные аэродинамические силы и производные устойчивости, как для жесткого, так и для упругого ЛА.

  • Задача о флаттере;

    Для решения задач о флаттере в FlightLoads имеется возможность использовать следующие методы:

    • PK – вычисляются собственные частоты и собственные формы колебаний упругого ЛА в потоке для скоростей, заданных пользователем;
    • PKNL – детальное исследование флаттера (расчет производится для заданных комбинаций параметров);
    • K и KE – рассчитываются собственные частоты и собственные формы колебаний упругого ЛА в потоке для заданных пользователем значений приведенной частоты k. Методы отличаются эффективностью и возможностью учета демпфирования;

    В результате решения задачи о флаттере определяется величина критического скоростного напора и зависимость коэффициента демпфировании от скорости набегающего потока (V-g) или частоты от коэффициента демпфирования (V-f).

  • Расчет отклика упругого ЛА на внешнее воздействие (порыв или удар);

    Анализ реакции на внешнее воздействие подразумевает расчет отклика сбалансированного ЛА на внешнее воздействие, которое может иметь как аэродинамическую природу воздействия (порыв), так и искусственное воздействие, например удар. В FlightLoads можно провести расчеты следующих видов:

    • Расчет частотного отклика (решение задачи в частотной области)
    • Анализ переходного процесса (решение задачи во временной области)
    • Расчет отклика на случайное воздействие (решение задачи в частотной области)

    Порыв в FlightLoads может быть задан в виде дискретного или широкополосного случайного воздействия.

  • Оптимизация конструкции по критериям аэроупругости.

    В FlightLoads имеется возможность провести оптимизацию конструкции с учетом статической и динамической аэроупругости. Критериями оптимизации в задачах статической аэроупругости могут являться значения кинематических параметров (например, углы отклонения органов управления) и значения производных устойчивости, а в задаче о флаттере – значения коэффициента демпфирования (способность конструкции ЛА рассеивать энергию, поступающую из воздушного потока). Оптимизационные параметры выбираются пользователем. Например, для задачи о флаттере в качестве искомой величины можно задать жесткость лонжеронов крыла.

Дополнительную информацию по Patran (на английском языке) можно получить на нашем корпоративном сайте.

Материалы