基于虚拟样机的地面高速滑动系统动力学仿真研究

论文摘要

地面高速滑动系统是飞行器地面动力学试验系统中一类重要的结构部件,由推进动力装置、承力滑台、滑轨及相应的制动装置等构成。利用该滑动系统作各种地面试验比实际的空中飞行试验成本大为降低并具有更大的灵活性。本文首先研究了基于冷气压力推进技术设计地面高速滑行装置的可行性,为全机落震试验台中推进系统的设计提供了可选方案及结构参数。然后应用MSC.ADAMS和MSC.PATRAN/NASTRAN建立了地面高速滑动系统的刚柔耦合模型,基于虚拟样机技术实现了地面高速滑行装置的动力学仿真分析,分析了不同参数条件下的系统动力学性能及其变化特性,并提出了参数化分析方法,实现了对系统结构的优化设计。最后应用有限元法对承力滑车台进行了强度分析以及模态分析,确保了滑车台具有足够的强度,得到了滑车台的固有频率及振型,为结构的进一步优化提供依据。本文利用虚拟样机技术对地面高速滑动系统分析所得出的结果与方法,对指导地面高速滑行装置的结构设计和性能研究等方面具有一定的参考价值。在实际工作中,可大大提高设计工作效率,缩短产品设计周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与问题的提出
• 1.2 虚拟样机技术概况
• 1.2.1 虚拟样机技术特点
• 1.2.2 虚拟样机技术核心理论
• 1.2.3 虚拟样机技术国内外研究现状
• 1.3 类似推进系统的国内外研究现状及发展
• 1.4 研究目的和主要研究内容
• 第二章 地面高速滑动系统总体方案分析
• 2.1 压力气体推进系统的模拟试验能力分析
• 2.2 推进系统方案的选择
• 2.2.1 方案1
• 2.2.2 方案2
• 2.3 推进系统总体技术方案分析
• 2.3.1 系统总体技术方案
• 2.3.2 滑轨系统总体技术方案
• 2.3.3 滑车总体技术方案
• 2.3.4 推进器总体技术方案
• 2.3.4.1 气缸的应用
• 2.4 数学模型的建立
• 2.4.1 气缸热力学分析
• 2.4.2 气缸活塞动力学方程
• 2.4.3 滑车台动力学方程
• 2.5 本章小结
• 第三章 地面高速滑动系统刚柔耦合模型及其仿真
• 3.1 虚拟样机仿真软件MSC.ADAMS
• 3.1.1 MSC.ADAMS 软件主要模块及特点
• 3.1.2 MSC.ADAMS 软件的多刚体动力学方程
• 3.1.3 MSC.ADAMS 软件的多柔体动力学方程
• 3.1.4 动力学方程求解
• 3.2 地面高速滑动系统虚拟样机模型的建立
• 3.2.1 刚性体的建模
• 3.2.2 柔性体的建模
• 3.2.2.1 MSC. ADAMS 柔性体建模方法及其与MSC.NASTRAN 的接口
• 3.2.2.2 在MSC.ADAMS 软件中生成柔性体及载荷文件（.lod）
• 3.2.2.3 模态中性文件的校验
• 3.2.2.4 哑物体的施加
• 3.2.3 添加约束和运动
• 3.2.4 施加载荷
• 3.3 刚柔耦合动力学仿真
• 3.3.1 水平滑台运动分析
• 3.3.2 活塞杆受力分析
• 3.3.3 推进器腔体内气体压力情况
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统参数化设计
• 4.1 MSC.ADAMS 参数化建模
• 4.1.1 参数化建模的优越性
• 4.1.2 参数化建模方案的选择
• 4.2 参数化分析
• 4.2.1 设计研究（DESIGN STUDY）
• 4.2.1.1 无杆腔对滑台速度的影响
• 4.2.1.2 活塞半径对滑台速度的影响
• 4.2.1.3 活塞杆半径对滑台速度的影响
• 4.2.1.4 活塞杆行程对滑台速度的影响
• 4.2.2 优化分析（OPTIMIZATION）
• 4.3 MSC.ADAMS 软件的用户化设计
• 4.3.1 定制MSC.ADAMS 用户界面
• 4.3.2 定制菜单
• 4.3.3 定制对话框
• 4.4 本章小结
• 第五章 水平滑台有限元分析
• 5.1 水平滑台有限元模型的建立
• 5.1.1 几何模型及网格划分
• 5.1.2 设定边界条件及施加载荷
• 5.1.3 设定材料属性
• 5.1.4 定义单元属性
• 5.2 滑台强度分析
• 5.2.1 强度评价指标
• 5.2.2 计算结果
• 5.2.3 强度校核
• 5.3 滑台模态分析
• 5.3.1 模态分析结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 本文研究主要贡献及结论
• 6.2 进一步的工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表的学术论文