(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111638026.5 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 中国航空工业 集团公司沈阳飞机设 计研究所 地址 110035 辽宁省沈阳市皇姑区塔湾街 40号 (72)发明人 赵所　张大为　李雁楠　李震　 张勇　 (74)专利代理 机构 北京航信高科知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11526 专利代理师 刘传准 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种飞机冲击拦阻网动态特性计算方法 (57)摘要 本申请属于飞机总体 设计领域， 具体涉及一 种飞机冲击拦阻网动态特性计算方法及装置。 所 述方法包括步骤S1、 构建包含飞行员模型、 起落 架模型及减速伞模型在内的全机模型； 步骤S2、 构建拦阻网模 型及拦阻系统模型， 并组装成拦阻 模型， 所述拦阻网模型通过仅用来承受拉力的一 维单元模拟网轴线位置， 通过仅承受剪切、 弯矩 及扭矩的二维单元模拟网外表面位置； 步骤S3、 基于所述全机模型及所述拦阻模型进行飞机冲 网仿真； 步骤S4、 确定冲网过程飞机与拦阻网的 运动过程以及获取设定部件的载荷历程。 本申请 可以精确建立飞机和拦阻网的细 节模型， 在处理 非线性接触问题上计算效率高， 可以有效应用于 型号设计中， 解决飞机冲网动态特性的模拟。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114528680 A 2022.05.24 CN 114528680 A 1.一种飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1、 构建包 含飞行员模型、 起 落架模型及减速伞 模型在内的全机模型； 步骤S2、 构建拦阻网模型及拦阻系统模型， 并组装成拦阻模型， 所述拦阻网模型的拦阻 网材料采用非线性材料本构， 通过仅用来承受拉力的一维单元模拟网轴线位置， 通过仅承 受剪切、 弯矩及扭矩的二维单元模拟网外表面位置， 通过判断接触物体的节点与拦阻网表 面二维单元穿透数据， 计算接触力， 之后通过力的矢量叠加得到一维单 元的节点力； 步骤S3、 基于所述全机模型及所述 拦阻模型进行飞机冲网仿真； 步骤S4、 确定冲网过程飞机与拦阻网的运动过程以及获取设定 部件的载荷历程。 2.如权利要求1所述的飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 其特征在于， 步骤S1进一步 包括： 采用显式有限元方法， 建立包含机体结构的有限元模型， 所述机体结构的有限元模型 至少包括飞机雷达罩、 机翼前缘、 座舱盖的三 维实体模型， 同时具有装配关系的设备模型间 建立运动副， 模拟运动约束关系。 3.如权利要求1所述的飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 其特征在于， 步骤S1进一步 包括： 采用刚柔耦合方法建立起落架动力学模型， 赋予起落架支柱、 活塞杆、 轮轴、 轮毂模型 刚体属性， 采用非线性弹簧阻尼单元建立缓冲器模型， 活塞杆与起落架支柱之间建立非线 性接触， 最后将其与轮胎模型组合进来； 所述轮胎模型单独构建， 轮胎橡胶采用实体单元建模， 采用粘弹性材料本构， 帘布层采 用膜单元建模， 采用织物材料本构， 轮毂采用壳单元建模， 赋予刚体属性， 气囊采用封闭气 体建模， 并赋予理想气体属性， 轮胎与甲板之间建立非线性接触。 4.如权利要求3所述的飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 其特征在于， 构建所述轮胎 模型后， 进一 步包括通过建立轮胎虚拟静压实验， 通过实验数据校正轮胎模型。 5.如权利要求1所述的飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 其特征在于， 步骤S1进一步 包括： 构建阻力伞模型， 阻力伞的伞绳由一维绳索单元进行模拟， 承受轴向拉力， 阻力伞的伞 面由二维膜单元进 行模拟， 承受面外气动力， 通过将气动载荷施加到伞单元， 进而传递到结 构阻力伞接 头， 完成飞机减速的模拟。 6.如权利要求1所述的飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 其特征在于， 步骤S2进一步 包括： 构建拦阻系统模型， 所述拦阻系统模型包括液压缸模型， 通过控制液压缸的流量， 从 而控制拦阻力的大小， 液压缸模型内部的柱塞采用非线性弹簧阻尼单元建立， 将液压缸模 型以及拦阻索模型进行组合， 模型间建立接触， 模拟刚体、 柔 性体之间的运动约束关系。 7.如权利要求1所述的飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 其特征在于， 步骤S3进一步 包括构建跑道模型， 将跑道模型、 拦阻系统模型以及 全机模型按照相对位置 关系装配， 初始 化设定飞机 速度、 重量重心位置、 俯仰角和滚转角信息 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114528680 A 2一种飞机冲击拦阻网动态特性计算方 法 技术领域 [0001]本申请属于飞机总体设计领域， 具体涉及一种飞机冲击拦阻网动态特性计算方 法。 背景技术 [0002]受到着陆或者着舰跑道长度的影响， 飞机需要在较短距离停下。 舰载机在钩索失 败情况下， 需拉起拦阻网进行应急拦阻。 空军飞机在山区、 岛屿机场， 在遇到减速伞打开失 败等特情需要应急降落时， 为避免冲出 跑道， 需通过拦阻网进行拦阻。 [0003]为分析飞机高速冲击拦阻网过程对机体结构造成的损伤以及飞行员安全的影响， 需开展飞机冲网动态仿真分析， 研究包括飞机和拦阻网两大高度非线性系统的动态啮合， 涉及大位移、 大变形冲击 响应， 需要建立 飞机瞬态冲击拦阻网动力学分析方法， 以及飞机和 拦阻网高保真的非线性动力学模型。 [0004]现有应用于飞机冲网仿真的技术包括理论公式推演和数值仿真模拟两种方法。 传 统理论公式虽然可以快速给出飞机冲网的最大速度限制， 但细节因素未能考虑， 无法给出 损伤部位， 无法评判不同种飞机外形在各种冲击速度、 重量和姿态下造成的损伤程度， 比如 机翼前缘、 起落装置、 雷达罩与拦阻网绳冲击过程中的非线性接触问题。 而刚体动力学和有 限元一类商业软件提供的瞬态冲击 分析功能有限， 无法模拟出拦阻网这一类绳索柔性体与 机体结构的接触特性以及精细化的飞行员受冲击后的运动情况。 发明内容 [0005]为了解决上述问题， 本申请提供一种 飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 通过刚 体动力学和有限元接触非线性分析方法为基础， 开发一种 特殊单元构建拦阻网装置， 在保 证计算效率的前提下既可以模拟机体结构与拦阻网的非线性接触， 建立全套飞机和拦阻网 系统动力学模型， 分析机体结构损伤情况和飞行员安全， 实现飞机与拦阻网动态特性分析， 给出冲击速度安全限制以及冲击薄弱区。 [0006]本申请提供了一种飞机冲击拦阻网动态特性计算方法， 主 要包括： [0007]步骤S1、 构建包 含飞行员模型、 起 落架模型及减速伞 模型在内的全机模型； [0008]步骤S2、 构建拦阻网模型及拦阻系统模型， 并组装 成拦阻模型， 所述拦阻网模型的 拦阻网材料采用非线性材料本构， 通过仅用来承受拉力的一维单元模拟网轴线位置， 通过 仅承受剪切、 弯矩及扭矩的二维单元模拟网外表面位置， 通过判断接触物体的节点与拦阻 网表面二维单元穿透数据， 计算接触力， 之后通过力的矢量叠加得到一维单 元的节点力； [0009]步骤S3、 基于所述全机模型及所述 拦阻模型进行飞机冲网仿真； [0010]步骤S4、 确定冲网过程飞机与拦阻网的运动过程以及获取设定 部件的载荷历程。 [0011]优选的是， 步骤S1进一 步包括： [0012]采用显式有限元方法， 建立包含机体结构的有限元模型， 所述机体结构的有限元 模型至少包括 飞机雷达罩、 机翼前缘、 座舱盖的三维实体模型， 同时具有装配关系的设备模说　明　书 1/4 页 3 CN 114528680 A 3