一種直升機(jī)全機(jī)抗墜毀分級(jí)仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于直升機(jī)設(shè)計(jì)分析【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種直升機(jī)全機(jī)抗墜毀分級(jí)仿真方法。直升機(jī)全機(jī)抗墜毀分級(jí)仿真方法的步驟：利用有限元分析前處理軟件Patran，分別建立柔性起落架仿真模型、直升機(jī)機(jī)身剛性材料模型和抗墜毀座椅剛性材料模型，然后，利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析軟件Dytran進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，再去除起落架模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將機(jī)身剛性材料模型改為機(jī)身柔性模型，再去除機(jī)身模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將座椅剛性材料模型改為柔性模型，最后完成直升機(jī)全機(jī)抗墜毀仿真。本發(fā)明使用剛性—柔性模型相結(jié)合、分級(jí)處理的方法可大大減少仿真需要的時(shí)間，降低分析成本，滿足精度要求，能準(zhǔn)確模擬直升機(jī)的墜撞姿態(tài)。
【專利說明】一種直升機(jī)全機(jī)抗墜毀分級(jí)仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于直升機(jī)設(shè)計(jì)分析【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種直升機(jī)全機(jī)抗墜毀分級(jí)仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直升機(jī)抗墜毀系統(tǒng)由起落架、機(jī)身、座椅三部分組成，現(xiàn)有的仿真分析方法主要有兩種，第一種方法是是針對(duì)各個(gè)系統(tǒng)分別進(jìn)行仿真分析，設(shè)計(jì)輸入條件各自獨(dú)立，不能準(zhǔn)確反映直升機(jī)墜撞過程中能量在各個(gè)系統(tǒng)的分配情況和各個(gè)系統(tǒng)的相互支撐情況，不能為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。第二種方法是建立詳細(xì)的全機(jī)柔性有限元模型，進(jìn)行抗墜毀仿真分析，由于抗墜毀仿真分析屬于瞬態(tài)非線性動(dòng)力學(xué)分析，模型大，所需時(shí)間長(zhǎng)，分析過程中經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，無法獲得所需要的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種直升機(jī)全機(jī)抗墜毀仿真法，提高運(yùn)算效率，降低運(yùn)算成本，滿足分析精度要求，為直升機(jī)抗墜毀系統(tǒng)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，直升機(jī)全機(jī)抗墜毀分級(jí)仿真方法的步驟:
[0005](I)、利用有限元分析前處理軟件Patran，分別建立柔性起落架仿真模型，機(jī)身剛性材料模型和座椅剛性材料模型，輸入直升機(jī)的墜撞條件:明確直升機(jī)下落速度、墜撞平面情況；
[0006](2)利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析軟件Dytran進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，在仿真進(jìn)行到起落架破壞、機(jī)身觸地前瞬間，記錄直升機(jī)機(jī)身剛性材料模型及抗墜毀座椅剛性材料模型中各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及各節(jié)點(diǎn)的速度，作為下一步仿真的初始條件；
[0007](3)去除起落架模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將機(jī)身剛性材料模型改為機(jī)身柔性模型，把上述步驟(2)獲得的初始條件作為機(jī)身柔性模型仿真的起點(diǎn)輸入到Dytran分析文件中，此時(shí)，座椅模型仍為剛性材料模型，隨后,利用Dytran軟件進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，在機(jī)身柔性模型沖擊到25毫秒?35毫秒時(shí)，記錄座椅剛性材料模型中各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及節(jié)點(diǎn)速度，作為下一步仿真的初始條件；
[0008](4)、去除機(jī)身模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將座椅剛性材料模型改為柔性模型，把上述步驟(3)獲得的初始條件作為座椅柔性模型仿真的起點(diǎn)輸入到Dytran分析文件中，繼續(xù)利用Dytran進(jìn)行座椅結(jié)構(gòu)抗墜撞仿真，直至座椅完全吸能，完成直升機(jī)全機(jī)抗墜毀仿真。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果
[0010]1、使用剛性一柔性模型相結(jié)合、分級(jí)處理的方法可大大減少仿真需要的時(shí)間，降低分析成本，滿足精度要求；
[0011]2、分析結(jié)果能夠顯示整個(gè)墜撞過程中直升機(jī)全機(jī)各系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和變形情況；
[0012]3、能夠獲得直升機(jī)墜撞過程中各組成材料的吸收的能量情況，為更好地進(jìn)行直升機(jī)抗墜毀設(shè)計(jì)提供了依據(jù)；
[0013]4、因?yàn)椴糠纸Y(jié)構(gòu)采用剛性材料模型，使得直升機(jī)滾轉(zhuǎn)和俯仰角速度的引入更加方便，更能準(zhǔn)確模擬直升機(jī)的墜撞姿態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明全機(jī)仿真模型示意圖，
[0015]圖2是本發(fā)明機(jī)身和座椅仿真模型示意圖，
[0016]圖3是本發(fā)明座椅仿真模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]根據(jù)直升機(jī)全機(jī)墜撞過程中分三個(gè)階段吸收能量的特點(diǎn)，提出了分級(jí)仿真方法:
[0018](I)利用有限元分析前處理軟件Patran，分別建立柔性起落架仿真模型1，機(jī)身剛性材料模型2和座椅剛性材料模型3，即起落架模型材料采用彈塑性材料，機(jī)身和座椅材料采用剛體材料，同時(shí)輸入直升機(jī)的墜撞條件:直升機(jī)下落速度，墜撞平面是陸地還是水面；
[0019](2)利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析軟件Dytran進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，在仿真進(jìn)行到起落架破壞、機(jī)身觸地前瞬間，記錄機(jī)身剛性材料模型及座椅剛性材料模型中各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及各節(jié)點(diǎn)的速度，作為下一步仿真的初始條件；
[0020](3)去除起落架模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將機(jī)身剛性材料模型改為機(jī)身柔性模型2，即將機(jī)身模型的材料變?yōu)閺椝苄圆牧?，然后把上述步驟(2)獲得的初始條件作為機(jī)身柔性模型仿真的起點(diǎn)輸入到Dytran分析文件中，此時(shí)，座椅模型仍為剛性材料模型3，隨后，利用Dytran軟件進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，在機(jī)身柔性模型沖擊到25毫秒?35毫秒時(shí)，記錄座椅剛性材料模型中各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及節(jié)點(diǎn)速度，作為下一步仿真的初始條件；
[0021](4)去除機(jī)身模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將座椅剛性材料模型改為柔性模型(圖3)，即把座椅模型的材料變?yōu)閺椝苄圆牧?，然后把上述步驟(3)獲得的初始條件作為座椅柔性模型仿真的起點(diǎn)輸入到Dytran分析文件中，繼續(xù)利用Dytran進(jìn)行座椅結(jié)構(gòu)抗墜撞仿真，直至抗墜毀座椅完全吸能，完成直升機(jī)全機(jī)抗墜毀仿真。
[0022]實(shí)施例
[0023]帶有滑橇起落架、抗墜毀座椅和泡沫子地板機(jī)身的直升機(jī)全機(jī)抗墜毀仿真
[0024]1、全機(jī)抗墜毀仿真分析
[0025]①利用有限元分析前處理軟件Patran，分別建立柔性滑橇起落架仿真模型，直升機(jī)機(jī)身剛性材料模型和抗墜毀座椅剛性材料模型，即滑橇起落架模型材料采用彈塑性材料，機(jī)身和座椅材料采用剛體材料，同時(shí)輸入直升機(jī)的墜撞條件，要求直升機(jī)下落速度8.3m/s，所以給模型所有的節(jié)點(diǎn)施加初始向下的速度為8.3m/s,同時(shí)指明墜撞平面是剛性地面；
[0026]②利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析軟件Dytran進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，在仿真進(jìn)行到起落架破壞、機(jī)身觸地前瞬間，記錄了直升機(jī)機(jī)身剛性材料模型及抗墜毀座椅剛性材料模型中各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及各節(jié)點(diǎn)的速度，作為下一步仿真的初始條件；
[0027]③去除滑橇起落架模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將機(jī)身剛性材料模型改為機(jī)身柔性模型，即將機(jī)身模型的材料變?yōu)閺椝苄圆牧?，然后把上述步驟②獲得的初始條件作為機(jī)身柔性模型仿真的起點(diǎn)輸入Dytran分析文件中，此時(shí)，座椅模型仍為剛性材料模型，隨后，利用Dytran軟件進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，在機(jī)身柔性模型沖擊到28毫秒時(shí)，記錄座椅剛性材料模型中各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及節(jié)點(diǎn)速度，作為下一步仿真的初始條件；
[0028]④去除機(jī)身模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將座椅剛性材料模型改為柔性模型，即把座椅模型的材料變?yōu)閺椝苄圆牧?，然后把上述步驟③獲得的初始條件作為座椅柔性模型仿真的起點(diǎn)輸入到Dytran分析文件中，繼續(xù)利用Dytran進(jìn)行座椅結(jié)構(gòu)抗墜撞仿真，直至抗墜毀座椅完全吸能，完成直升機(jī)全機(jī)抗墜毀仿真。
[0029]2、分析效果
[0030]①使用剛性-柔性模型相結(jié)合、分級(jí)處理的方法進(jìn)行全機(jī)抗墜毀仿真分析，大大減少仿真需要的時(shí)間，分析時(shí)間由原來全柔性模型的50小時(shí)降為8小時(shí)，降低了分析成本，滿足了精度要求；
[0031]②分析結(jié)果顯示了整個(gè)墜撞過程中直升機(jī)全機(jī)各系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)及變形情況；
[0032]③獲得了直升機(jī)墜撞過程中各組成材料吸收的能量情況，為更好地進(jìn)行直升機(jī)抗墜毀設(shè)計(jì)提供依據(jù)；
[0033]④因?yàn)椴糠纸Y(jié)構(gòu)采用剛性模型使得直升機(jī)滾轉(zhuǎn)和俯仰角速度的引入更加容易，更能準(zhǔn)確模擬直升機(jī)的墜撞姿態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種直升機(jī)全機(jī)抗墜毀分級(jí)仿真方法，其特征是，直升機(jī)全機(jī)抗墜毀分級(jí)仿真方法的步驟: (1)、利用有限元分析前處理軟件Patran，分別建立柔性起落架仿真模型，直升機(jī)機(jī)身剛性材料模型和抗墜毀座椅剛性材料模型，輸入直升機(jī)的墜撞條件:直升機(jī)下落速度、墜撞平面； (2)利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析軟件Dytran進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，在仿真進(jìn)行到起落架破壞、機(jī)身觸地前瞬間，記錄直升機(jī)機(jī)身剛性材料模型及抗墜毀座椅剛性材料模型中各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及各節(jié)點(diǎn)的速度，作為下一步仿真的初始條件； (3)去除起落架模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將機(jī)身剛性材料模型改為機(jī)身柔性模型，把上述步驟(2)獲得的初始條件作為機(jī)身柔性模型仿真的起點(diǎn)輸入到Dytran分析文件中，此時(shí)，座椅模型仍為剛性材料模型，隨后,利用Dytran軟件進(jìn)行直升機(jī)墜毀防真，在機(jī)身柔性模型沖擊到25毫秒?35毫秒時(shí)，記錄座椅剛性材料模型中各節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及節(jié)點(diǎn)速度，作為下一步仿真的初始條件； (4)、去除機(jī)身模型，利用有限元分析前處理軟件Patran，將座椅剛性材料模型改為柔性模型，把上述步驟(3)獲得的初始條件作為座椅柔性模型仿真的起點(diǎn)輸入到Dytran分析文件中，繼續(xù)利用Dytran進(jìn)行座椅結(jié)構(gòu)抗墜撞仿真，直至抗墜毀座椅完全吸能，完成直升機(jī)全機(jī)抗墜毀仿真。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103955578SQ201410172240
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】溫永海, 宮少波, 齊德勝, 云慶文, 南力強(qiáng), 張震, 韓劉, 朱洪艷 申請(qǐng)人:哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司