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海克斯康案例:Adams 通过替换物理测试帮助空客节省300万欧元

面临的挑战:

欧洲航空安全局(EASA) 法规CS-25 第683(b) 节要求机身制造商证明,用于操纵飞机的主要飞行控制面不受干扰、过度摩擦、断开和飞机结构偏转造成的任何形式的损坏。在过去,空客通过为每架新飞机建造试验台,根据作用在机身上的力偏转结构组件,验证这一要求。最大的测试台需要足够大,以包围一个宽体飞机的机翼。整体极其复杂,因为需要施加力到结构的许多不同位置,以便近似飞行期间所经历的力。测试台需要花费数百万美元、利用数月时间进行测试。

这种方法的局限性之一是,在完成详细设计并制造出飞机原型之前,无法开始测试。在设计的这个后期,通过测试发现问题通常是非常昂贵的。另一个限制是,物理测试所涉及的时间严格限制了可以测试的不同负载情况和配置的数量。

来自海克斯康的解决方案:

空客管理层决定尝试将遵守该法规的方式从物理测试改为模拟。Adams 多体动力学仿真软件 (MBS) 具有复杂机构的建模能力,并能结合用于预测机体变形的有限元模型。空客多体模拟团队决定作为概念验证,模拟A400M 水平尾翼的铰链,并预测铰链7 在物理测试中使用的载荷下的间隙g2。

采用与实际试验相同的边界条件, 建立了Adams 多体仿真模型。MSC Nastran FE 模型是建立在HTP 和左右升降舵上的。模态中性文件(MNF) 导出为每个柔性体,并耦合到Adams 模型。MNF 包含由物理坐标表示的所有边界模态和模态坐标表示的一组截断的弹性模态组成。HTP 的有限元模型具有约35000 自由度 (DOF),而由MNF 定义的柔性体仅具有约100 自由度,在求解过程中提供了显著的时间节省。

空中客车公司内部的CFD 程序用于确定在各种飞行条件下机翼上的压力。这些载荷被转换成Adams 模型上的力,Adams 模型模拟了飞行状态下操纵面的变形和对铰链的冲击。不确定的参数,如凸起和销的平移摩擦系数和几个关键尺寸的制造变化,在规定的范围内变化,并与拉丁超立方法相结合,得到500 个不同的参数值组合。

对500 种不同组合的MBS 模型进行求解,并在升降舵每次运行的偏转角度上评估产生的间隙。试验前模拟结果由于参数变化而产生的带宽以灰色显示在图中。测试结果用红色显示在图表上,它们在预测范围内吻合得很好。通过对A400M舵、A380 升降舵、A380 副翼和A350-900 1g 机翼弯曲试验的不同模拟,进一步验证了该方法的有效性。乌利· 兰德韦尔,空客多体模拟分析员说:“ 功能试验的模拟用于证明符合所有要求,包括干扰、过度摩擦、断开和包括一级和二级结构在内的完整控制表面组件的任何形式的损坏,并检查组件的系统级兼容性。模拟结果成功地与所有的测试相关联。这些结果使欧洲航空安全局相信,功能测试可以用多体模拟代替,因此模拟被用来验证A350-1000 XWB 机翼。”

客户简介:

空中客车公司 ( 欧洲)

空中客车公司(Airbus,又称空客、空中巴士),是欧洲一家飞机制造 、研发公司,1970年12月于法国成立。 空中客车公司的股份由欧洲宇航防务集团公司(EADS)100%持有。

空中客车公司完善的产品线包括100 到500 多个座位的高度成功的飞机系列:单通道A320 系列、宽体远程A330 系列、新一代A350 XWB 系列……

(海克斯康)

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