基于LMS Virtual.Lab的一种折叠机翼动力学仿真

白昀博，许锋

(南京航空航天大学 飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，江苏 南京210016)

    对舰载机折叠机翼的折叠及展开运动过程进行动力学仿真研究，提出了一套基于LMS Virtual.Lab的折叠机翼动力学仿真建模方法，实现了机构的动力学仿真计算，得到了折叠机翼作动筒载荷、翼稍运动包络面、结构应力水平等动力学指标。

    舰载机是航空母舰的主要作战武器，舰载机的数量标志了其战斗能力的强弱，这使得折叠机翼的研究成为了舰载机研发的重要组成部分。对于舰载机折叠翼的研究，国外起步较早，有着较为成熟的基础，而国内对于舰载机折叠翼的研究刚刚起步，具有较大的研究意义。本文将舰载机折叠翼的动力学仿真作为研究内容，基于仿真平台LMS Virtual.Lab建立折叠翼的动力学模型，着重对机构作动筒载荷、翼稍运动包络面及结构应力水平等指标进行了仿真计算，得出相关结果，为折叠翼设计提供依据。

1总体方法

1.1仿真系统

    LMS Virtual.Lab Motion基于计算多体动力学建模理论及计算方法，是专门为仿真多体机械系统的真实运动和载荷所设计的仿真平台。它为快速创建和改进多体模型提供了有效的方法，集成了应用广泛的CAD建模工具CATIA，可以实现建模分析一体化，可重复使用CAD和有限元模型，并快速反复模拟不同设计方案。这使得工程师可以在早期开发阶段灵活地进行动力学及运动学研究，并在后期阶段结合实验数据进行综合设计评估［1］。用户可以直接通过软件交互界面为机械系统输入基本参数、建立复杂运动学和动力学模型，并利用软件内嵌的数学模型计算方法及树枝计分方法进行程式化求解，得到运动学规律及动力学响应。LMS Virtual.Lab Motion同时还提供了可视化的后处理方法，采用动画显示、图表、曲线等方式使得仿真数据更加直观。此外，LMS Virtual.Lab Motion可以帮助用户分析复杂机械系统的真实性能，为耐久性和振动噪声分析及结构分析提供精确的载荷［2］。

1.2仿真流程

    在机翼折叠过程中，除结构自重等内部载荷外,最主要的外部载荷来自于甲板风造成的气动载荷，本文将来流与机身轴线夹角30°、由机头指向机尾、流速31m/s(约0.1马赫)的甲板风设定为典型工况进行仿真分析。

    根据仿真过程，折叠机翼动力学刚柔耦合建模及仿真流程如图1所示。折叠机翼刚柔耦合模型的建立主要分为刚体模型的建立及有限元柔性模型的建立。刚体动力学模型是整个仿真研究的基础，将折叠翼的CAD模型导入仿真软件后对其进行简化、生成仿真分析实体，再添加运动副、约束及载荷等生成刚体分析模型。然后将需要柔性化的部件进行有限元建模，之后在LMS Virtual.Lab Motion仿真平台中将需要柔性化的部件用柔性体替换得到刚柔耦合模型。最后进行整个折叠机翼系统的动力学仿真，从而得到其动力学及运动学特征。需要注意的是，在建立有限元柔性体模型的过程中，需要在运动副及载荷的作用点添加MPC作为边界条件，用以模拟系统实际约束关系，否则在刚柔耦合仿真时将无法计算［3-4］。

2仿真建模

2.1外部载荷计算

    气动载荷作为最主要的外部载荷是本文主要......

作者简介：白昀博（1989—），男，辽宁阜新人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为飞机结构动力学仿真。
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