飛機(jī)典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能可靠性的建模方法及應(yīng)用

楊玲美+陳進(jìn)庚+雷雪+簡(jiǎn)冬梅

摘 要 在飛機(jī)上存在很多運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜。文章將飛機(jī)典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能可靠性的建模方法及應(yīng)用分為齒輪齒條式縫翼機(jī)構(gòu)、飛機(jī)機(jī)械鎖類機(jī)構(gòu)和連桿式收放機(jī)構(gòu)定位精準(zhǔn)度這三個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，希望可以為業(yè)內(nèi)起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞 飛機(jī)典型機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)功能；可靠性；建模方法

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）205-0119-02

飛機(jī)典型機(jī)構(gòu)失效原因主要有2個(gè)方面，一是機(jī)構(gòu)部件損傷累積造成的機(jī)構(gòu)失效現(xiàn)象，二是影響因素隨機(jī)性造成的機(jī)構(gòu)失效現(xiàn)象，飛機(jī)機(jī)構(gòu)一旦失效，就有可能對(duì)飛機(jī)完成飛行任務(wù)造成影響，可能會(huì)造成較為嚴(yán)重的安全問(wèn)題，如空難等。

1 齒輪齒條式縫翼機(jī)構(gòu)可靠性的建模方法及應(yīng)用

1.1 建模方法

對(duì)齒輪齒條式縫翼機(jī)構(gòu)功能原理進(jìn)行分析，現(xiàn)階段，縫翼主要失效模式可以分為主要5種類型，即滑軌表面接觸疲勞、齒輪與扭力桿等結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞、收放速度超出范圍、收放角度精度不足以及兩側(cè)運(yùn)動(dòng)不夠同步。對(duì)機(jī)翼變形影響下的線管數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推導(dǎo)，可以發(fā)現(xiàn)縫翼彎曲和扭轉(zhuǎn)變形存在一定耦合效應(yīng)[ 1 ]。

在縫翼機(jī)構(gòu)建模時(shí)，可以利用LMS Virtual. Lab，在該建模中，主要包含了氣動(dòng)載荷轉(zhuǎn)化方法、扭力桿建模、機(jī)翼變形建模和運(yùn)動(dòng)分析補(bǔ)設(shè)置，在扭力桿建模中，可以利用扭力近似替代建模方法，設(shè)內(nèi)外側(cè)齒輪角度偏差是0，扭力桿傳遞力矩是0，如果？為內(nèi)外側(cè)齒輪角度偏差，那么扭力桿傳遞扭矩T為：

在模型中，利用力矩可以代替其扭力桿模型效果。這種近似替代模型可以讓參數(shù)化更容易實(shí)現(xiàn)，考慮到扭力桿加工誤差，可以對(duì)扭力桿抗扭剛度進(jìn)行直接改變，如果需要對(duì)扭力桿斷裂進(jìn)行模擬，可以將抗扭剛度設(shè)置為0。

而在機(jī)翼變形模型構(gòu)建中，需要對(duì)機(jī)翼進(jìn)行靜力學(xué)分析，讓支點(diǎn)安裝位置位移量得以求出，并在縫翼機(jī)構(gòu)支架中融入位移量，其建模過(guò)程可以概括為：機(jī)翼有限元模型→機(jī)翼變形計(jì)算→平移副+位置驅(qū)動(dòng)→機(jī)體、支架。

1.2 具體應(yīng)用

以某縫翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為應(yīng)用對(duì)象，利用上述相關(guān)建模方法，對(duì)多個(gè)影響因素隨機(jī)性進(jìn)行考慮，可以評(píng)估各種失效模式發(fā)生概率，影響因素包含了等效撓度、摩擦系數(shù)、抗扭剛度、滾輪半徑等，經(jīng)過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)卡滯與扭力桿斷裂的失效概率相對(duì)較大，是主要失效模式，在全部齒輪卡死后，驅(qū)動(dòng)力矩的安全裕度會(huì)降低到0.8，縫翼放下時(shí)所需力矩大于系統(tǒng)可提供驅(qū)動(dòng)力矩，會(huì)有運(yùn)動(dòng)卡滯出現(xiàn)，而在扭力桿斷裂時(shí)，內(nèi)外側(cè)叫偏度安全裕度會(huì)降低到1.2，和失效閾值較為接近。

2 飛機(jī)機(jī)械鎖類機(jī)構(gòu)可靠性的建模方法及應(yīng)用

2.1 建模方法

飛機(jī)機(jī)械鎖類機(jī)構(gòu)的失效模式主要包含3種類型，即運(yùn)動(dòng)卡滯、運(yùn)動(dòng)精度失效與彈簧失效，針對(duì)其失效模式產(chǎn)生的主要原因，可以得到可靠性建模方法。

運(yùn)動(dòng)卡滯原因主要為驅(qū)動(dòng)力不足和鎖機(jī)構(gòu)自鎖卡滯，針對(duì)鎖機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行建模，需要分別建立多體模型與電液控制系統(tǒng)模型，建立相關(guān)接口，可以讓電液控制系統(tǒng)模型向多體模型提供運(yùn)動(dòng)所需力，多體模型可以反饋給電液控制系統(tǒng)模型速度、位置等信息，在鎖鉤載荷建模中，可以采用兩種方法進(jìn)行建模：

一是不建立艙門(mén)模型，只建立鎖環(huán)模型，如果艙門(mén)到位，可將額外載荷施加在說(shuō)還上；二是在鎖機(jī)構(gòu)中將艙門(mén)等大型部件作為一部分完成建模。

而在彈簧失效建模中，需要在仿真模型中對(duì)彈簧力單元進(jìn)行使用，針對(duì)彈簧進(jìn)行建模，對(duì)于鎖機(jī)構(gòu)性能來(lái)說(shuō)，如果彈簧具有關(guān)鍵作用，那么可以視彈簧為柔性體完成建模工作[2]。

2.2 具體應(yīng)用

對(duì)某個(gè)出現(xiàn)故障鎖機(jī)構(gòu)失效模式展開(kāi)分析，發(fā)現(xiàn)主要失效模式為運(yùn)動(dòng)卡滯現(xiàn)象。

對(duì)此，可以構(gòu)建相關(guān)可靠性模型，對(duì)影響因素隨機(jī)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在開(kāi)鎖過(guò)程中，滾軸材料的硬度存在不足現(xiàn)象，而構(gòu)件載荷相對(duì)較大，鎖機(jī)構(gòu)容易因?yàn)樗苄宰冃味А?/p>

對(duì)此，可以改變鎖鍵坡度，并替換滾軸材料進(jìn)行解決，在該試驗(yàn)中，其坡度從65°改變?yōu)?0°，而滾軸材料從0Cr18Ni9改變?yōu)?0CrMnSiA.

3 連桿式收放機(jī)構(gòu)定位精準(zhǔn)度可靠性的建模方法及應(yīng)用

3.1 建模方法

對(duì)連桿式收放機(jī)構(gòu)定位精準(zhǔn)度可靠性進(jìn)行建模，需要對(duì)機(jī)構(gòu)構(gòu)建變形、鉸鏈磨損、加工誤差和間隙定位精度進(jìn)行分別建模，在鉸鏈磨損建模中，需要針對(duì)鉸鏈均勻磨損、鉸鏈不均勻磨損和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)鉸鏈不均勻磨損進(jìn)行分別建模，需要利用Archard模型，設(shè)磨損系數(shù)為K，接觸應(yīng)力為P，旋轉(zhuǎn)副中材料布氏硬度是H，材料泊松比是V，那么鉸鏈體積磨損量為：

通過(guò)相關(guān)變形建模方法，可以得出隨機(jī)載荷作用下，因?yàn)樽冃嗡鸬亩ㄎ徽`差隨機(jī)性計(jì)算公式。

3.2 具體應(yīng)用

針對(duì)某艙門(mén)收放機(jī)構(gòu)關(guān)閉狀態(tài)定位精度可靠性進(jìn)行應(yīng)用分析，針對(duì)實(shí)際情況，對(duì)裝配間隙、加工誤差、構(gòu)件變形因素以及運(yùn)動(dòng)副磨損等因素予以考慮，可以得出定位精度可靠性因?yàn)槭辗糯螖?shù)的變化而產(chǎn)生的變化規(guī)律，在該案例中，利用蒙特卡羅法可以對(duì)不同次數(shù)下的機(jī)構(gòu)定位精度變化趨勢(shì)與鎖環(huán)垂直高度分布變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，進(jìn)而得出，艙門(mén)收放機(jī)構(gòu)定位精度可靠度降低的主要原因?yàn)殂q鏈磨損量增大。

4 結(jié)論

綜上所述，分析失效原因，利用LMS Virtual.Lab、Archard模型等可以得出飛機(jī)三類典型結(jié)構(gòu)齒輪齒條式縫翼機(jī)構(gòu)、飛機(jī)機(jī)械鎖類機(jī)構(gòu)和連桿式收放機(jī)構(gòu)的可靠性建模方法，在具體應(yīng)用中，利用多樣化的建模方法可以得出飛機(jī)機(jī)構(gòu)主要失效原因，進(jìn)而采取針對(duì)性的預(yù)防措施和解決策略。

參考文獻(xiàn)

[1]亢麗平.前庭功能對(duì)飛機(jī)跳傘運(yùn)動(dòng)的重要性研究[J].武術(shù)研究，2016，1（10）：141-143.

[2]涂相征.民用飛機(jī)工程模擬器設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2015，14（1）：103-104.endprint