[发明专利]一种直升机货舱底部结构强度设计与试验验证方法

说明书

本发明属于直升机机体结构强度设计领域，涉及一种直升机货舱底部结构强度设计与试验验证方法。本发明通过车辆运输方案和系留方案确定轮胎载荷，为货舱底部结构设计提供载荷依据；根据直升机各系统安装交点数据和车辆轮胎左右跨距，合理布置货舱底部结构框、梁站位；同时在框、梁上部布置地板，下部布置蒙皮，使底部结构形成封闭的盒段结构；建立货舱底部结构局部有限元模型；优化突缘截面形状和面积；依据底部结构各材料许用应力、许用应变等数据评估底部结构是否满足强度设计要求，满足强度设计要求。

技术领域

本发明属于直升机机体结构强度设计领域，涉及一种直升机货舱底部结构强度设计与试验验证方法。

背景技术

由于我国地域辽阔、地势复杂，特别是重型车辆如需在高原环境作业，则十分需要运输直升机将重型车辆投送至作业区域。因此，设计一款适用于重型车辆舱内运输的直升机，同时发展一套直升机运载重型车辆时货舱底部结构强度设计方法和试验验证方法显得尤为重要。以前，国内直升机均采用外吊挂方式运输车辆，而外吊挂运输方式缺点在于：一、直升机机动飞行时，因吊绳夹角要求严苛，给直升机飞行姿态控制增加了一定难度；二、受阵风等偶发因素影响，直升机机体结构和人员安全性受到一定程度的威胁。

发明内容

本发明的目的是：提出一种直升机货舱底部结构强度设计与试验验证方法，满足强度设计要求。

本发明的技术方案是：一种直升机货舱底部结构强度设计方法，包括以下步骤：

步骤1、基于车辆运输方案和系留方案确定轮胎载荷，为货舱底部结构设计提供载荷依据；

步骤2、根据直升机各系统安装交点数据和车辆轮胎左右跨距，合理布置货舱底部结构框、梁站位；同时在框、梁上部布置地板，下部布置蒙皮，使底部结构形成封闭的盒段结构；

步骤3、建立货舱底部结构局部有限元模型；

步骤4、根据货舱底部结构局部有限元模型计算结果，读取框、梁腹板剪切载荷N_xy，优化腹板厚度t₁和立筋位置；读取框、梁突缘载荷F，优化突缘截面形状I和面积A；

步骤5、根据货舱底部结构局部有限元模型计算结果，读取地板、底部蒙皮面板的应力/应变(σ_eq/ε)，并依据地板、底部蒙皮面板材料的许用应力或许用应变，优化复合材料地板的金属面板厚度t₂或底部蒙皮碳布铺层厚度和角度α；依据蜂窝夹芯剪应力和许用剪切应力的比值τ/τ_cr，优化夹芯密度ρ；

步骤6、根据步骤4、步骤5的优化结果，更新有限元模型单元属性为Property_FIN，迭代计算，依据底部结构各材料许用应力、许用应变等数据评估底部结构是否满足强度设计要求。

所述步骤2各系统安装交点数据是指发动机、主减速器设备安装位置。

所述步骤2合理布置货舱底部结构框、梁站位是指运输车辆的轮胎均落在直升机底部结构的框、梁交汇处。

所述步骤2框、梁为铝合金整体机械加工构型，地板为金属蜂窝夹层构型，底部蒙皮为复合材料蜂窝夹层构型；同时根据车辆轮胎受压区域，对地板面板厚度和蜂窝夹芯密度进行分区。

所述步骤3货舱底部结构局部有限元模型采用MSC Patran商用软件建立。

所述步骤3货舱底部结构局部有限元模型的框、梁采用Shear单元和Rod单元模拟，地板和蒙皮采用Shell单元模拟，赋予模型单元初始属性Property_INIT，并采用Total load载荷模式加载轮胎载荷。

一种直升机货舱底部结构强度试验验证方法，包括以下步骤：