【摘要】：在航空領(lǐng)域,電傳技術(shù)是飛機(jī)操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。機(jī)電作動(dòng)器(Electric-Mechanical Actuator,EMA)和主動(dòng)式側(cè)桿系統(tǒng)(Active Side-stick System,ASS)作為電傳操縱系統(tǒng)(Fly-By-Wire,FBW)末端和首端關(guān)鍵復(fù)雜子系統(tǒng),對飛機(jī)安全性、可靠性、操穩(wěn)性以及飛行品質(zhì)起著舉足輕重的作用。因此,EMA和主動(dòng)桿(ASS)安全可靠是飛機(jī)順利飛行的重要保障。本文基于實(shí)際工程項(xiàng)目,以某型飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)襟翼EMA減速器與ASS駕駛裝置為研究對象,采用CAD/CAE有限元數(shù)值仿真與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,進(jìn)行力學(xué)特性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,達(dá)到提高系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)性能、操穩(wěn)性、安全性、可靠性以及輕量化的目的。主要研究內(nèi)容如下:(1)詳細(xì)分析了襟翼EMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、工作原理及承載情況,并對行星減速器關(guān)鍵部件進(jìn)行受力分析計(jì)算與有限元靜態(tài)特性分析,確定了薄弱環(huán)節(jié)。對齒輪接觸組件采用非線性數(shù)值仿真和理論計(jì)算方法,進(jìn)行接觸強(qiáng)度與齒根彎曲強(qiáng)度對比分析計(jì)算,兩種方法得出結(jié)果誤差5%左右,吻合度較高。(2)介紹了ASS的總體架構(gòu),并對ASS駕駛裝置兩大復(fù)雜組件機(jī)架與換向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行約束與預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析,得出模態(tài)頻率與振型,從而判斷結(jié)構(gòu)的抗振性能。對換向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)俯仰操縱工況進(jìn)行諧響應(yīng)分析,得出幅頻特性曲線以及可能發(fā)生共振頻率點(diǎn)(193.6Hz、292.8Hz)與實(shí)際幅值,并驗(yàn)證了193.6Hz點(diǎn)的應(yīng)力、變形情況。結(jié)果表明,在該頻率點(diǎn)處強(qiáng)度剛度均滿足要求。(3)針對EMA行星架受載不均勻問題,對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì);基于CAD/CAE優(yōu)化技術(shù),采用中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面法與多目標(biāo)遺傳算法相結(jié)合的方法進(jìn)行了多目標(biāo)尺寸優(yōu)化,并運(yùn)用靈敏度分析法得出其最優(yōu)解。采用拓?fù)鋬?yōu)化方法對ASS機(jī)架進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì),得到其最佳結(jié)構(gòu)形狀。優(yōu)化結(jié)果顯示,在保證靜動(dòng)態(tài)性能的前提下,行星架和機(jī)架質(zhì)量分別減小10.53%和14.86%,達(dá)到較好的優(yōu)化效果。(4)針對ASS駕駛裝置受載的隨機(jī)性,采用隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法對其隨機(jī)振動(dòng)特性展開研究。進(jìn)行仿真與試驗(yàn)結(jié)果對比分析,發(fā)現(xiàn)兩者的均方根(Root Mean Square,RMS)值相對誤差10%左右,小于實(shí)際允許的最大誤差(15%),且功率譜密度(Power Spectral Density,PSD)響應(yīng)曲線一致性較好。驗(yàn)證了仿真分析的準(zhǔn)確性與可行性。全面掌握了ASS駕駛裝置整體隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)特性。本文以有限元法為主要研究手段,數(shù)值仿真與試驗(yàn)研究相結(jié)合的研究路線,對某型飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)末端和首端典型復(fù)雜子系統(tǒng)襟翼EMA和ASS的重要組件進(jìn)行力學(xué)特性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。研究結(jié)果表明,在滿足靜動(dòng)態(tài)性能的前提下,實(shí)現(xiàn)了EMA和ASS關(guān)鍵部件重量最輕和材料利用率最高的目標(biāo),且ASS駕駛裝置隨機(jī)振動(dòng)仿真與試驗(yàn)結(jié)果較吻合。本文研究成果可為電傳操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、疲勞可靠性分析提供借鑒。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V214

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2799351