Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Прочность летательных аппаратов

Диссертационная работа:

Белоусов Анатолий Иванович. Влияние упругости конструкции летательного аппарата на воспроизведение переменных нагрузок при прочностных испытаниях : Дис. ... канд. техн. наук : 05.07.03 : Новосибирск, 2003 147 c. РГБ ОД, 61:04-5/2007

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 10

  1. Методика проведения стендовых испытаний 10

  2. Постановка задачи исследования 32

2. УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ СТЕНДА ПРИ
НАГРУЖЕНИИ ЗАКРЕПЛЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ
37

  1. Уравнения деформирования крыла 37

  2. Гидравлическая система нагружения 42

  3. Управления с использованием ПИД-регулятора 47

  1. Управление в многоканальных системах 47

  2. Настройка ПИД-регулятора с использованием упругих свойств ЛА 48

  3. Алгоритм получения матрицы управления 51

  1. Алгоритм управления по планируемой траектории 56

  2. Критерии оценки системы нагружения 60

  3. Программа нагружения 61

  4. Выводы по главе 2 65

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЖЕНИЯ ЗАКРЕПЛЕННОЙ 68

КОНСТРУКЦИИ

  1. Исходные данные для проведения численного эксперимента 69

  2. Результаты моделирования нагружения крыла 74

  1. Моделирование аналогового управления 16

  2. Моделирование цифрового управления с использованием ПИД-закона с диагональной матрицей 80

  3. Использование ПИД-закона с матрицей управления 83

  4. Управление по планируемой траектории 86

3.2.5. Влияние погрешностей исходных данных при управлении

по планируемой траектории 88

  1. Управление нагружением жестких конструкций 93

  2. Выводы по главе 3 105

4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИСТЕМ СТЕНДА ПРИ НАГРУЖЕНИИ
СВОБОДНОЙ КОНСТРУКЦИИ ЛА СИСТЕМОЙ
ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ СИЛ
107

  1. Уравнения деформирования свободно подвешенной конструкции ЛА 108

  2. Алгоритмы управления нагружением свободно подвешенной 114 конструкции ЛА

  3. Исследование нагружения свободно подвешенной 115 конструкции ЛА

  4. Выводы по главе 4 123

5. УРАВНЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЛА

ПРИ ПРОСТРАНСТВЕННОМ НАГРУЖЕНИИ 124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 139

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акт внедрения результатов работы 1383

Введение к работе:

Актуальность темы диссертации. Лабораторные испытания конструкции летательного аппарата (ЛА) являются основным методом для подготовки окончательного суждения о прочности самолета. Нормы летной годности придают огромное значение наличию натурных лабораторных испытаний. Не существует ни одного типа отечественного самолета, конструкция которого не подвергалась бы испытаниям на усталость с большим запасом по долговечности по отношению к проектному ресурсу [1].

Результаты натурных испытаний используются при сертификации конструкции. Поэтому при проведении испытаний особое значение приобретает наиболее полное воспроизведение эксплуатационных процессов нагружения конструкции и обеспечение достоверности результатов. В этих условиях точное воспроизведение внешних воздействий на конструкцию является одной из основных задач в области методики испытаний.

Экспериментальные исследования прочности самолетных конструкций в лабораторных условиях выполняются в специальных стендах, оснащенных многоканальными системами нагружения. Применение многоканальных систем и задание нагрузок по каждому каналу позволяет наилучшим образом воспроизводить эксплуатационный характер нагружения. Рост эффективности наземных прочностных испытаний самолетов непосредственно зависит от развития функциональных возможностей испытательных стендов. От системы управления нагружением требуется сочетание алгоритмической универсальности и большой производительности с точки зрения минимизации времени на проведение испытаний.

В многоканальных системах, применявшихся при испытаниях большинства самолетов в мире, каждый канал представлял собой независимый замкнутый (следящий) контур регулирования, включавший в свой состав систему непрерывного (аналогового) управления, гидравлическую систему

нагружения, объект испытаний. При формирования управляющего сигнала
использовался ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-

дифференциальный). В настоящее время такая система не всегда отвечает предъявляемым к ней требованиям, так как только косвенно учитывает мно-госвязность каналов нагружения и не обеспечивает требуемые на сегодняшний день синхронность и точность воспроизведения нагрузок.

В связи с интенсивным развитием вычислительной техники произошел переход от аналогового (непрерывного) управления к цифровому (дискретному), обеспечивающему лучшие характеристики при монтаже и настройке систем управления. Формирование управляющего сигнала с помощью ЭВМ теоретически позволяет производить более точное нагружение. Однако при дискретном представлении данных использование независимого ПИД-регулятора для каждого канала приводит к уменьшению точности воспроизведения нагрузок. Для полной реализации возможностей цифрового управления необходимо использовать алгоритмы, учитывающие многосвязность нагружающих воздействий. В диссертационной работе предлагается формировать управляющий сигнал как сумму двух составляющих. Основное значение сигнала, вычисленное с использованием свойств объекта испытаний, характеристик гидравлической системы и программы нагружения (планируемая траектория) корректируется добавкой, определенной по ошибке силы.

Совершенствование методики ресурсных испытаний возможно при моделировании процессов нагружения с использованием математических моделей. В диссертационной работе получена математическая модель систем стенда для прочностных испытаний, в которой основное внимание уделено поведению конструкции летательного аппарата при нагружении. Из анализа деформирования объекта испытаний следуют свойства, которыми должна обладать система управления для точного воспроизведения программной нагрузки. Основные характеристики этих свойств исследуются на примере нагружения жестко закрепленного крыла большого удлинения. В работе также

предложены и исследованы алгоритмы управления нагружением свободно подвешенных конструкций.

Применение математических моделей при подготовке экспериментальных исследований позволяет с малыми затратами решать оптимизационные задачи, связанные с выбором оборудования и эффективных алгоритмов управления. Поэтому разработка и численное исследование предложенных алгоритмов воспроизведения эксплуатационных процессов нагружения конструкции с помощью математической модели, выполненные в диссертационной работе, являются актуальными и практически важными.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников. В первой главе описывается методика проведения стендовых испытаний и приводится общая постановка задачи диссертационной работы - создание математической модели систем стенда для прочностных испытаний с учетом деформирования объекта испытаний, исследование на базе математической модели алгоритмов управления нагружением и выработка рекомендаций к использованию результатов моделирования для совершенствования методики ресурсных испытаний.

Во второй главе дан вывод уравнений состояния систем стенда применительно к испытаниям на прочность жестко закрепленного крыла большого удлинения - простейшего случая нагружения конструкции ЛА. Предложены алгоритмы управления воспроизведением действующих на конструкцию нагрузок, учитывающие свойства конструкции и заданную программу испытаний.

В третьей главе исследованы как применяемый на практике ПИД-регулятор, так и предлагаемые алгоритмы. Выявлены преимущества последних. Разработана методика определения параметров законов управления при многосвязном нагружении.

В четвертой главе получены уравнения состояния систем стенда для

случая нагружения свободно подвешенной конструкции системой параллельных сил. Проведено исследование функционирования системы управления нагружением свободной конструкции. Показано, что при формировании управляющих сигналов необходимо учитывать не только действующие усилия, но и перемещение конструкции как жесткого целого. Предложен алгоритм, позволяющий компенсировать случайные смещения объекта испытаний во время нагружения, проведено его исследование. Показано, что управление положением ЛА с использованием предложенного алгоритма не влияет на нагрузки на ЛА.

В пятой главе получены уравнения состояния, описывающие поведение конструкции ЛА в испытательном стенде при пространственном нагру-жении. Полная система матричных уравнений, определяющая усилия на конструкцию и перемещения конструкции для заданного хода штоков гидроцилиндров, позволяет в полной мере учесть при формировании управляющих сигналов свойства объекта испытаний.

Цель работы заключается в создании полной математической модели испытательного стенда, учитывающей деформирование упругой конструкции и ее смещение как жесткого целого, разработке и исследовании новых алгоритмов управления процессом воспроизведения переменных во времени нагрузок.

Научная новизна работы.

Выведена полная система уравнений состояния систем стенда для прочностных испытаний конструкций летательных аппаратов. Уравнения состояния систем стенда и результаты их исследований являются оригинальными и не имеют аналогов.

На основе анализа полученных уравнений предложены эффективные алгоритмы управления воспроизведением действующих на конструкцию нагрузок.

Исследовано влияние упругости конструкции ЛА на точность воспроиз
ведения программы испытаний.

t Предложены способы определения параметров алгоритмов управления по

результатам предварительного нагружения конструкции.

Предложены алгоритмы, позволяющие стабилизировать положение свободно подвешенной конструкции в процессе нагружения без изменения нагрузки на ЛА.

Предложен алгоритм управления нагружением жестких конструкций, не требующий предварительного определения параметров исполнительных устройств гидравлической системы нагружения.

Методы исследований основаны на численном моделировании процесса нагружения конструкции ЛА с использованием полной системы уравнений состояния систем стенда для прочностных испытаний.

Достоверность результатов и выводов, содержащихся в работе, осно
вывается на:

корректном использовании известных уравнений механики деформируемого твердого тела;

сопоставлении результатов численного моделирования, выполненного для используемых в практике и предлагаемых технологий испытаний.

Практическая значимость и реализация результатов исследований заключается:

в исследовании полной системы уравнений состояния стенда для прочностных испытаний конструкций летательных аппаратов;

в численных результатах моделировании процесса нагружения конструкции ЛА в испытательных стендах;

в разработке эффективных алгоритмов управления воспроизведением действующих на конструкцию ЛА нагрузок;

во внедрении отдельных результатов и пакетов программ в ФГУП Сиб-
НИА им. С.А. Чаплыгина (г. Новосибирск).

Работа проводилась по договорам с ФГУП СибНИА им. С.А. Чаплыгина, а также выполнялась в рамках федеральной целевой программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы».

На защиту выносятся:

разработанная математическая модель систем стенда для прочностных испытаний конструкций летательных аппаратов;

разработанные алгоритмы управления воспроизведением действующих на конструкцию ЛА нагрузок и способы определения их параметров;

результаты численного моделировании процесса нагружения конструкции ЛА в испытательных стендах.

Апробация работы. Результаты работы докладывались: на международной конференции «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ, 2000г.); на I Международной российско-корейской конференции по прикладной механике RUSKO-AM-2001 (Новосибирск 2001г.); на IV Международной российско-корейской научно-технической конференции по науке и технологии K.ORUS (Новосибирск, 2002г.); на объединенных семинарах кафедры прочности летательных аппаратов НГТУ; на 1-м семинаре СибНИА «Проблемы развития гидропривода в различных отраслях промышленности» Новосибирск, 2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 52 наименований. Объем диссертации - 147с, включая 46 рис., 14 таблиц, приложение.

Подобные работы
Соболев Павел Михайлович
Разработка методики выбора графика осмотров конструкции летательного аппарата
Хорошко Леонид Леонидович
Моделирование процесса магнитно-импульсной сборки осесимметричных металло-композитных конструкций летательных аппаратов
Сомова Елена Сергеевна
Статика и термоупругость некоторых трёхслойных оболочечных элементов конструкций летательных аппаратов
Шевчук Вячеслав Васильевич
Методы и средства построения эффективных измерительных информационных систем для исследования прочности конструкций летательных аппаратов
Костин Владимир Алексеевич
Решение обратных задач прочности тонкостенных конструкций летательных аппаратов
Демидов Владимир Генрихович
Расчет многослойных оболочечных элементов конструкций летательных аппаратов
Бугаков Игорь Сергеевич
Расчетно-экспериментальная оценка несущей способности многослойных композиционных конструкций летательных аппаратов с учетом внутренних дефектов, определенных компьютерным томографом
Левин Владимир Евгеньевич
Метод конечных и граничных элементов в динамике конструкций летательных аппаратов
Нестеренко Борис Григорьевич
Расчетно-экспериментальное исследование методов обеспечения эксплуатационной живучести конструкций летательных аппаратов
Лавровский Сергей Дмитриевич
Методы расчета и испытаний зубчатых передач с учетом переменной концентрации нагрузки

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net