飞机结构的动强度问题

摘 要：随着飞机的应用频率越来越高,对于飞机结构的研究成为相关人士关注重要课题.本文是笔者结合自身多年工作经验,探究在设计飞机结构之中的各种动强度问题,为相关人士提供参考的理论依据.

关 键 词：动强度；飞机结构；问题

中图分类号：V215.2文献标识码：A文章编号：1674-7712（2014）04-0000-02

一、前言

2011年10月,成都某航班在快达到双流机场时因天气原因改道重庆迫降,不能够在规定时间内完成这次航飞任务.事实上,飞机在飞行中会受到各种因素的影响,必定会影响到正常飞行.而且从许多飞机事故及故障中发现,很多都是因为冲击、振动原因造成的,所以在设计中必须要高度重视结构动强度带来的问题.

二、动强度所设计到的内容

按照传统研制中可知,在飞机结构上要高度重视动强度的问题,总体来看,设计动强度所涉及的内容主要有：

其一是设计飞机时就要依据动强度所提要求,从而确定好怎样对结构进行布局以及构型,而且要优选出设计中所涉及到的参数,大多数应用到了结构动力学.

其二刚开始设计之时就要按照动强度所提要求,优选出刚度、质量以及阻尼较好的措施,这样才能够有效控制振动,事实上飞机结构设计时动强度主要要满足以下相关要求.

（1）防止出现有害共振,必须要控制结构所产生振动频率,从而实现预期所得固有频率,依据所提出固有频率而得出基本要求,例如在设计航炮的支持结构上固有频率,就必须要考虑到发射的频率以及倍频.

（2）防止出现过度振动,必须要减小振动的应力；这就需要控制好结构所产生动强度响应,必须要满足设计动强度响应要求,例如对一些重要设备安装时确定位置,就一定要控制振幅到一定量值下面.

（3）必须要满足动稳定性的要求,要确保飞机在稳定的边界范围中工作,例如要确保气动弹性的稳定.

三、设计动强度的方法

对于飞机结构的静强度设计上大部分是和材料的性能以及工艺性能,在动强度上涉及到的主要因素主要是阻尼、刚度、附加子系统以及惯性等等,在设计飞机结构动强度上,特别是结构主要为动载荷,必须要运用动力学思想与方法对载荷形式与类型进行分析,满足这个要求后就要对动力学的特性进行分析,例如动响应以及固有频率情况,之后运用振动控制来设计与调整结构动强度,通过这些措施来确保飞机结构所必须具备的动强度,这样才能够满足应用要求,其设计的流程及设计位置如下图所示.

在设计飞机结构动强度必须要应用振动控制学与结构动力学.在这两门学科基础上提出合理的设计思路与方法.

（一）结构动力学.动力学上主要包含了结构的动力学分析、灵敏度分析以及最优化几个方面,其中的结构动力学主要包含了三个步骤,其一就是要构建出有限元模型,必须要在实际飞机的结构构型上进行分析,构建出初始有限元模型,一般做法就是要分析静强度,分析好之后就需要结合实况做一定修改,为动力学分析打基础.其二振动特征,其反应的结构所产生动力学特征,主要是针对动强度所设计,就是会直接或者是间接的对结构振动特性做适当改变.其三动力的响应分析,要设计好动强度,还要分析飞机结构加速度、位移以及应力等各种响应,依据不同外界激励,还必须要对结构中各类动响应进行计算,减少结构振动水平,增强结构动强度.

分析灵敏度,对于结构的动力学而言,灵敏度是重要内容之一,所谓灵敏度就是结构发生振动所体现出的特性与动力响应,因为变更结构参数必定会影响到变化程度,就会影响到设计结构的动力学的目标,必定会对选择设计给予一定指导措施.这些结构参数主要包含了结构刚度、阻尼及惯性参数,同时还包含了附加子系统各种参数,分析结构的灵敏度主要内容就是特征灵敏度,其分析方法主要有摄动法与导数法等等,主要包含了三种情况：其一是孤立模态情况；其二强度问题,高度重视特征值的情况；其三耦合模态的情况.其中最优化的方法,就是要依据所设计的指标来选定目标函数,比如固有振型或者动响应、固有频率,同时要构建出目标函数；在设计之时必定会受到许多环境条件所限,这样按此能够确保设计具备合理性、可靠性以及可实现性,就转为非线性的规划问题,从而确定出结构参数组合方案,确保动力学的性能和目标值最靠近,实现优化目标；最常见方法就是频响优化与多频优化.

(二)控制振动设计.对于飞机结构的振动控制主要划分成了被动控制与主动控制,而主动控制还被称为有源控制,本文就对控制这两种振动做分析.

在工程之中比较常见控制振动设计比较多,主要有隔振、减振、吸振以及缓冲设计,也就是在主系统上进行相应减振、隔振以及缓冲各种子系统,达到有效控制主系统所产生振动或者运转时因冲击所耗散、传递以及转移振动的能量.分析时从能量转换角度去看,减振也就是将各个子系统所产生阻尼通过合理措施耗散,从而分散振动的能量.

其二就是要降低系统振动,隔振就是对隔振的子系统进行控制,防止传递振动能量,这样有效减小了系统振动；所谓缓冲就是降低缓冲的子系统所传递的冲击能量,这样就能够有效控制系统冲击；而吸振是对子系统能量进行吸振从而转移了振动能量,有效控制好主系统振动.

其三主动控制振动,在这个方面一般划分成了开环控制和闭环控制的类型,这几个部分主要是由测量系统、控制对象、控制器以及执行结构与能源共五个大的部分所组成,其核心就是控制律,工程应用关键就是设计与实施测量系统与执行机构.而每项控制技术都必须要采取相应主动控制技术.

四、结束语

总而言之,随着飞机是使用率不断增大,必须要确保飞机结构的设计.在设计飞机结构时必须要考虑到动强度的问题,并结合实际情况采用合理的设计措施,必须要做到几个方面措施：其一要分析初始结构,给之后工作打好基础条件.其二要依据结构及边界的实际情况,并进行适当简化之后就建立出有限元模型.其三根据要求做相应动力学分析；其四依据各种条件对结构再设计,并且分析结构达到满意为止.