本發(fā)明涉及航空試驗(yàn)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

對于機(jī)載外掛件，飛行時(shí)受到飛機(jī)振動傳遞與氣動力作用，會承受一定振動環(huán)境，對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成影響。為了保證產(chǎn)品使用安全可靠性，對于懸掛在飛機(jī)上的產(chǎn)品，都需要開展掛機(jī)振動環(huán)境試驗(yàn)考核。如果通過真實(shí)地面模擬試驗(yàn)，那么就能對產(chǎn)品進(jìn)行有效考核，保證在使用中不會產(chǎn)生破壞，從而保證產(chǎn)品有足夠的動強(qiáng)度。

機(jī)載外掛件懸掛到飛機(jī)上后，受飛機(jī)邊界影響，其動力學(xué)特性會發(fā)生變化。為了更加真實(shí)地進(jìn)行考核，需要對飛機(jī)的邊界進(jìn)行模擬。國軍標(biāo)gjb150a指出，通過直接將機(jī)載外掛件剛性連接到振動臺上的方式是不合適的，由于有反作用的影響，試驗(yàn)會存在很大的失真?？梢栽O(shè)計(jì)一個結(jié)構(gòu)支撐件，來模擬機(jī)載外掛件的懸掛邊界影響。結(jié)構(gòu)支撐件的等效質(zhì)量、重量和轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)該適中，如果結(jié)構(gòu)支撐件太重或慣性太大，為了匹配試驗(yàn)的加速度響應(yīng)，就要施加非真實(shí)的高動態(tài)彎曲力矩，外掛產(chǎn)品會承受過應(yīng)力；如果結(jié)構(gòu)支撐件太輕或慣性太小，外掛產(chǎn)品就會出現(xiàn)欠試驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。

第一方面，本發(fā)明提供一種機(jī)載外掛件支撐系統(tǒng)，包括：由大梁和配重組成的結(jié)構(gòu)支撐件、掛架轉(zhuǎn)接裝置和自由懸吊裝置；所述掛架轉(zhuǎn)接裝置分別與所述結(jié)構(gòu)支撐件的大梁及承載外掛件的掛架相連，用于間接將所述外掛件安裝在結(jié)構(gòu)支撐件上；所述自由懸吊裝置與所述結(jié)構(gòu)支撐件相連，用于將所述結(jié)構(gòu)支撐件、所述掛架轉(zhuǎn)接裝置、所述掛架及外掛件的組合體懸吊起來，呈自由模擬狀態(tài)。

第二方面，本發(fā)明提供一種機(jī)載外掛件支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括：s1，建立外掛件的有限元模型，通過模態(tài)試驗(yàn)分析，獲取外掛件自由狀態(tài)下的低階彎曲模態(tài)參數(shù)，并根據(jù)所述低階彎曲模態(tài)參數(shù)修正外掛件的有限元模型；s2，建立外掛件和結(jié)構(gòu)支撐件的簡化模型并進(jìn)行模態(tài)分析，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)支撐件尺寸的參數(shù)使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近；s3，建立調(diào)整后獲得的結(jié)構(gòu)支撐件，及外掛件的詳細(xì)有限元模型并進(jìn)行模態(tài)分析，根據(jù)獲得的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況，確定所述支撐系統(tǒng)是否滿足要求。

其中，在所述s1和所述s2之間還包括：根據(jù)安裝接口要求、外掛件重量和試驗(yàn)載荷，設(shè)計(jì)滿足試驗(yàn)承載強(qiáng)度的大梁。

其中，在所述s1與所述s2之間還包括：通過模態(tài)試驗(yàn)分析，獲取掛機(jī)狀態(tài)下支撐系統(tǒng)與外掛件的模態(tài)參數(shù)，所述模態(tài)參數(shù)包括模態(tài)頻率和模態(tài)振型。

其中，在所述s2和所述s3之間還包括：根據(jù)試驗(yàn)條件，對所述調(diào)整后獲得的大梁的承載強(qiáng)度進(jìn)行校核；若校核結(jié)果為不合符試驗(yàn)條件，則重新對所述大梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。

其中，所述s3之后還包括：根據(jù)掛架連接要求，設(shè)計(jì)與所述掛架相匹配的掛架轉(zhuǎn)接裝置，并對所述掛架轉(zhuǎn)接裝置進(jìn)行強(qiáng)度校核與模態(tài)校核。

其中，所述機(jī)載外掛件支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法還包括：根據(jù)獲得的結(jié)構(gòu)支撐件、掛架轉(zhuǎn)接裝置、掛架及外掛件組合的質(zhì)量，進(jìn)行自由懸吊，設(shè)計(jì)滿足試驗(yàn)頻率要求的自由懸吊裝置。

其中，所述s3中根據(jù)獲得的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況包括：根據(jù)獲得的偏航模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的偏航模態(tài)參數(shù)的匹配情況；以及獲得的俯仰模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的俯仰模態(tài)參數(shù)的匹配情況。

其中，所述s2中的簡化模型包括：外掛件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量的簡化模型。

第三方面，本發(fā)明提供一種機(jī)載外掛件支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)裝置，包括：模型修正模塊，用于建立外掛件的有限元模型，通過模態(tài)試驗(yàn)分析，獲取外掛件自由狀態(tài)下的低階彎曲模態(tài)參數(shù)，并根據(jù)所述低階彎曲模態(tài)參數(shù)修正外掛件的有限元模型；分析調(diào)整模塊，用于對外掛件和結(jié)構(gòu)支撐件的簡化模型，進(jìn)行有限元計(jì)算，調(diào)整結(jié)構(gòu)支撐件尺寸參數(shù)，使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近；分析確定模塊，用于對調(diào)整后獲得的結(jié)構(gòu)支撐件，及外掛件的有限元詳細(xì)模型進(jìn)行模態(tài)分析，并根據(jù)獲得的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況，確定所述支撐系統(tǒng)是否滿足要求。

本發(fā)明提供的一種用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，利用結(jié)構(gòu)支撐件來模擬外掛件安裝在飛機(jī)上的動力學(xué)耦合效應(yīng)，通過真實(shí)的邊界模擬開展外掛件掛機(jī)振動地面試驗(yàn)，可以有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證外掛件的上機(jī)安全。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的流程圖；

圖3a為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)在偏航模態(tài)下的剛體模態(tài)示意圖；

圖3b為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)在偏航模態(tài)下的彎曲模態(tài)示意圖；

圖4a為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)在俯仰模態(tài)下的剛體模態(tài)示意圖；

圖4b為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)在俯仰模態(tài)下的彎曲模態(tài)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖，如圖1所示，該支撐系統(tǒng)包括：由大梁1和配重2組成的結(jié)構(gòu)支撐件、掛架轉(zhuǎn)接裝置3和自由懸吊裝置6。所述掛架轉(zhuǎn)接裝置3分別與結(jié)構(gòu)支撐件的大梁1及承載外掛件5的掛架4相連，用于間接將所述外掛件5安裝在結(jié)構(gòu)支撐件上；所述自由懸吊裝置6與所述結(jié)構(gòu)支撐件相連，用于將所述結(jié)構(gòu)支撐件、所述掛架轉(zhuǎn)接裝置3、所述掛架4及外掛件5的組合體懸吊起來，呈自由模擬狀態(tài)。

具體地，在通過支撐系統(tǒng)將外掛件5懸掛在飛機(jī)上時(shí)，首先將外掛件5固定在掛架上，然后通過掛架轉(zhuǎn)接裝置3將掛架4懸掛在結(jié)構(gòu)支撐件的大梁1上，例如，大梁可以為矩形大梁。然后通過自由懸吊裝置6將大梁1支撐在試驗(yàn)室的固定基礎(chǔ)7上，例如，自由懸吊裝置6采用彈性支撐的方式將大梁1支撐在固定基礎(chǔ)7上。

在本發(fā)明實(shí)施例中，利用結(jié)構(gòu)支撐件來模擬外掛件安裝在飛機(jī)上的動力學(xué)耦合效應(yīng)，通過真實(shí)的邊界模擬開展外掛件掛機(jī)振動地面試驗(yàn)，可以有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證外掛件的上機(jī)安全。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的流程圖，如圖2所示，該方法包括：s1，建立外掛件的有限元模型，通過模態(tài)試驗(yàn)分析，獲取外掛件自由狀態(tài)下的低階彎曲模態(tài)參數(shù)，并根據(jù)所述低階彎曲模態(tài)參數(shù)修正外掛件的有限元模型；s2，利用大梁與配重來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)支撐件，建立外掛件和結(jié)構(gòu)支撐件的簡化模型，進(jìn)行有限元計(jì)算，調(diào)整結(jié)構(gòu)支撐件尺寸參數(shù)，使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近；s3，建立調(diào)整后獲得的結(jié)構(gòu)支撐件，及外掛件的有限元詳細(xì)模型，進(jìn)行模態(tài)分析，并根據(jù)獲得的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況，確定所述支撐系統(tǒng)是否滿足要求。所述s2中的簡化模型包括：外掛件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量的簡化模型。

其中，模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性一種方法，一般應(yīng)用在工程振動領(lǐng)域。其中，模態(tài)是指機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(tài)都有特定的固有頻率(即模態(tài)頻率)、阻尼比和模態(tài)振型。分析這些模態(tài)參數(shù)的過程稱為模態(tài)分析。按計(jì)算方法，模態(tài)分析可分為計(jì)算模態(tài)分析和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。

其中，配重是用來平衡機(jī)器某一運(yùn)動部件的重物，如塔式起重機(jī)的平衡。

在數(shù)學(xué)中，有限元法(fem，finiteelementmethod)是一種為求解偏微分方程邊值問題近似解的數(shù)值技術(shù)。求解時(shí)對整個問題區(qū)域進(jìn)行分解，每個子區(qū)域都成為簡單的部分，這種簡單部分就稱作有限元。

其中，簡化模型(simplifiedmodel)，也可以稱之為模型簡化，簡單來說是指去掉模型中不顯著的項(xiàng)，通過減少項(xiàng)數(shù)使模型更容易使用，或者是指減少模型的復(fù)雜度，使模型更容易計(jì)算。

具體地，在對掛機(jī)狀態(tài)的外掛件進(jìn)行掛機(jī)振動試驗(yàn)時(shí)，可以將外掛件安裝在支撐系統(tǒng)(即懸掛邊界)上，這樣可以減少反作用力。在設(shè)計(jì)外掛件的支撐系統(tǒng)時(shí)，首先利用有限元分析軟件建立外掛件的有限元模型，然后用柔性裝置將外掛件懸吊起來，使外掛件呈自由-自由狀態(tài)，通過模態(tài)試驗(yàn)分析，獲得外掛件自由狀態(tài)下前幾階彎曲模態(tài)參數(shù)(即，低階彎曲模態(tài)參數(shù))，該彎曲模態(tài)參數(shù)包括：固有頻率和模態(tài)振型等。然后在建立的外掛件有限元模型基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模型與外掛件自由狀態(tài)模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合的方式，對外掛件有限元模型進(jìn)行修正。

其次，建立模擬外掛件質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量的簡化模型，結(jié)合結(jié)構(gòu)支撐件模型，利用有限元分析軟件進(jìn)行模態(tài)分析，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)支撐件的配重2或大梁1的大小，使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近，最后根據(jù)計(jì)算確定結(jié)構(gòu)支撐件的大小。再建立計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)支撐件和外掛件的有限元詳細(xì)模型，并利用有限元分析軟件對該有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，若該有限元模型的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的誤差在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，例如，預(yù)設(shè)閾值為5％，則說明獲得的支撐系統(tǒng)滿足要求；若該有限元模型的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的誤差不在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，則說明獲得的支撐系統(tǒng)不滿足要求，需要重新修改支撐系統(tǒng)中大梁和配重的參數(shù)或者材料等。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)支撐件的參數(shù)，將簡化模型的模態(tài)頻率調(diào)整為與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相似，以及對外掛件和調(diào)整后結(jié)構(gòu)支撐件的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，根據(jù)分析得到的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況，確定所述支撐系統(tǒng)是否滿足要求，通過模擬真實(shí)的飛機(jī)固有特性，然后以簡化模型和詳細(xì)模型來設(shè)計(jì)得到滿足條件的支撐系統(tǒng)，從而滿足外掛件掛機(jī)狀態(tài)下的掛機(jī)振動試驗(yàn)要求，通過真實(shí)的模擬有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證掛機(jī)外掛件上機(jī)的安全性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在所述s1和所述s2之間還包括：根據(jù)安裝接口要求、外掛件5重量和試驗(yàn)載荷，設(shè)計(jì)滿足試驗(yàn)承載強(qiáng)度的大梁1。

具體地，在根據(jù)外掛件5自由狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)修正外掛件自身的有限元模型后，需要根據(jù)外掛件5掛機(jī)時(shí)的安裝接口要求、外掛件5重量和試驗(yàn)載荷，通過計(jì)算初步設(shè)計(jì)符合試驗(yàn)承載強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)支撐件大梁1。然后利用有限元分析軟件，對外掛件5和設(shè)計(jì)得到的結(jié)構(gòu)支撐件的簡化模型進(jìn)行模態(tài)分析，且通過調(diào)整結(jié)構(gòu)支撐件參數(shù)，使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近。最后，再利用有限元分析軟件，對結(jié)構(gòu)支撐件和外掛件5的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，并根據(jù)獲得的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況，確定所述支撐系統(tǒng)是否滿足要求。

在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)安裝接口要求、外掛件重量和試驗(yàn)載荷，設(shè)計(jì)滿足試驗(yàn)承載強(qiáng)度的大梁，為整個支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供前提條件，從而設(shè)計(jì)得到能夠滿足外掛件掛機(jī)狀態(tài)下的掛機(jī)振動試驗(yàn)要求的支撐系統(tǒng)，通過真實(shí)的模擬，有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證掛機(jī)外掛件上機(jī)的安全性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在所述s1與所述s2之間還包括：通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲取掛機(jī)狀態(tài)下支撐系統(tǒng)與外掛件的模態(tài)參數(shù)，所述模態(tài)參數(shù)包括模態(tài)頻率和模態(tài)振型。

具體地，在將簡化模型的低階模態(tài)頻率調(diào)節(jié)至與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近之前，需要獲取掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)。將外掛件按掛機(jī)狀態(tài)安裝在飛機(jī)上，通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲得掛機(jī)狀態(tài)下外掛件的前幾階彎曲模態(tài)參數(shù)(即低階彎曲模態(tài)參數(shù))，以及支撐系統(tǒng)與外掛件的低階剛體模態(tài)參數(shù)，這些模態(tài)參數(shù)都包括：模態(tài)頻率和模態(tài)振型。然后通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)支撐件參數(shù)，將有限元分析得到的簡化模型的低階模態(tài)頻率調(diào)整為與掛機(jī)狀態(tài)下支撐系統(tǒng)與外掛件的模態(tài)頻率相似，并根據(jù)有限元模型的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下支撐系統(tǒng)與外掛件的模態(tài)參數(shù)的匹配情況，確定支撐系統(tǒng)是否滿足要求。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲取掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率和模態(tài)振型，為設(shè)計(jì)符合要求的支撐系統(tǒng)提供基礎(chǔ)，使得設(shè)計(jì)得到的支撐系統(tǒng)能夠滿足外掛件掛機(jī)狀態(tài)下的掛機(jī)振動試驗(yàn)要求，通過真實(shí)的模擬，有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證掛機(jī)外掛件上機(jī)的安全性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在所述s2和所述s3之間還包括：根據(jù)試驗(yàn)條件，對所述大梁1的承載強(qiáng)度進(jìn)行校核；若校核結(jié)果為不合符試驗(yàn)條件，則重新對所述大梁1進(jìn)行設(shè)計(jì)。

其中，強(qiáng)度在力學(xué)上是指材料在外力作用下抵抗破壞(變形和斷裂)的能力，強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。

具體地，在通過調(diào)整大梁1兩端的配重2大小，使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近之后，需要根據(jù)試驗(yàn)條件對大梁1進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，例如，將飛機(jī)邊界的振動譜型作為試驗(yàn)條件輸入有限元分析軟件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，會得到大梁1的應(yīng)力分布，以及所選擇的大梁1是否安全等。根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果，對所選大梁1的承載強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核，若所選大梁1的承載強(qiáng)度滿足要求，則不需對大梁1的尺寸或材料進(jìn)行修改；若所選大梁1的承載強(qiáng)度不能滿足要求，則需要重新對大梁1進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過根據(jù)試驗(yàn)條件，對所述大梁的承載強(qiáng)度進(jìn)行校核，使得整個支撐系統(tǒng)的承載強(qiáng)度能夠滿足要求，這樣設(shè)計(jì)得到的支撐系統(tǒng)，能夠滿足大型外掛件掛機(jī)狀態(tài)下的掛機(jī)振動試驗(yàn)要求，通過真實(shí)的模擬，有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證掛機(jī)外掛件上機(jī)的安全性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述s3之后還包括：根據(jù)掛架4的連接要求，設(shè)計(jì)與所述掛架4相匹配的掛架轉(zhuǎn)接裝置3，并對所述掛架4進(jìn)行強(qiáng)度校核與模態(tài)校核。

其中，掛架是將外掛件懸掛起來的部件，通過掛架轉(zhuǎn)接裝置與大梁相連。

具體地，在調(diào)整好結(jié)構(gòu)支撐件參數(shù)，使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與所述掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近，以及使得有限元模型的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)相匹配之后，還需要根據(jù)掛架4的連接要求，例如，根據(jù)連接角度、掛架的尺寸等，設(shè)計(jì)一個與該掛架4配套使用的掛架轉(zhuǎn)接裝置3，參考圖5。使得該掛架4通過掛架轉(zhuǎn)接裝置3與大梁1相連，最終使得外掛件5能夠成功的安裝在飛機(jī)上。在完成掛架轉(zhuǎn)接裝置3的設(shè)計(jì)后，還需要對掛架4進(jìn)行強(qiáng)度校核與模態(tài)校核，例如，通過有限元分析軟件對掛架4的進(jìn)行強(qiáng)度校核和模態(tài)校核，復(fù)核掛架4在外掛件掛機(jī)狀態(tài)下是否能夠達(dá)到承載外掛件的要求。

在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)掛架連接要求，設(shè)計(jì)與所述掛架相匹配的掛架轉(zhuǎn)接裝置，并對所述掛架進(jìn)行強(qiáng)度校核，使得掛架和掛架轉(zhuǎn)接裝置在外掛件掛機(jī)狀態(tài)下，均能夠滿足要求，通過真實(shí)的模擬，有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證掛機(jī)外掛件上機(jī)的安全性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述設(shè)計(jì)方法還包括：根據(jù)獲得的結(jié)構(gòu)支撐件、掛架轉(zhuǎn)接裝置3、掛架4、外掛件5組合的質(zhì)量，進(jìn)行自由懸吊，從而設(shè)計(jì)滿足試驗(yàn)頻率要求的自由懸吊裝置6。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例中的支撐系統(tǒng)包括大梁1、配重2、掛架轉(zhuǎn)接裝置3和自由懸吊裝置6，參考圖5。上述各實(shí)施例已經(jīng)獲得了大梁1、配重2、掛架轉(zhuǎn)接裝置3和掛架4的質(zhì)量，結(jié)合外掛件的質(zhì)量對整個支撐系統(tǒng)進(jìn)行自由懸吊設(shè)計(jì)，例如，采用彈性支撐的方式模擬自由懸吊。從而選擇滿足試驗(yàn)頻率要求的自由懸吊裝置6，其中，試驗(yàn)頻率為試驗(yàn)條件中的參數(shù)，對于不同的外掛件產(chǎn)品有不同的頻率要求，例如，本發(fā)明實(shí)施例中試驗(yàn)頻率取模態(tài)分析中一階頻率的三分之一，但并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。然后在外掛件5通過掛架4安裝在支撐系統(tǒng)之后，支撐系統(tǒng)再通過自由懸吊裝置6支撐在飛機(jī)的固定基礎(chǔ)7上。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述s3中根據(jù)獲得的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況包括：根據(jù)獲得的偏航模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的偏航模態(tài)參數(shù)的匹配情況；以及獲得的俯仰模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的俯仰模態(tài)參數(shù)的匹配情況。

其中，偏航是飛機(jī)繞機(jī)體坐標(biāo)系豎軸的短時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。豎軸通過飛機(jī)重心在飛機(jī)對稱平面內(nèi)并垂直于縱軸。偏航運(yùn)動的主要參數(shù)有偏航角、偏航角速度、偏航角加速度。偏航運(yùn)動通過踩腳蹬使方向舵偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生繞飛機(jī)重心的偏航力矩來實(shí)現(xiàn)。

具體地，在利用有限元軟件對結(jié)構(gòu)支撐件和外掛件的有限元詳細(xì)模型進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，為了使得支撐系統(tǒng)能夠滿足外掛件掛機(jī)狀態(tài)下的振動試驗(yàn)要求，需要獲得偏航狀態(tài)下的低階剛體模態(tài)參數(shù)，如圖3a所示，以及偏航狀態(tài)下的彎曲模態(tài)參數(shù)，如圖3b所示；以及俯仰狀態(tài)下的剛體模態(tài)參數(shù)，如圖4a所示，以及俯仰狀態(tài)下的彎曲模態(tài)參數(shù)，如圖4b所示。并將模態(tài)分析獲得的偏航模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的偏航模態(tài)參數(shù)進(jìn)行匹配，將俯仰模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的俯仰模態(tài)參數(shù)進(jìn)行匹配，并根據(jù)匹配情況來確定獲得的支撐系統(tǒng)是否滿足要求，若偏航模態(tài)參數(shù)與俯仰模態(tài)參數(shù)均匹配，則說明該支撐系統(tǒng)滿足要求；否則，需要重新設(shè)計(jì)支撐系統(tǒng)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過根據(jù)獲得的偏航模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的偏航模態(tài)參數(shù)的匹配情況；以及獲得的俯仰模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的俯仰模態(tài)參數(shù)的匹配情況的匹配情況，來確定支撐系統(tǒng)是否滿足要求，這樣可以使設(shè)計(jì)得到的支撐系統(tǒng)滿足大型外掛件掛機(jī)狀態(tài)下的掛機(jī)振動試驗(yàn)要求，通過真實(shí)的模擬，有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證掛機(jī)外掛件上機(jī)的安全性。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)載外掛件振動試驗(yàn)的支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖5所述，該設(shè)計(jì)裝置包括：模型修正模塊501、分析調(diào)整模塊502和分析確定模塊503。模型修正模塊501用于建立外掛件的有限元模型，通過模態(tài)試驗(yàn)分析，獲取外掛件自由狀態(tài)下的低階彎曲模態(tài)參數(shù)，并根據(jù)所述低階彎曲模態(tài)參數(shù)修正外掛件的有限元模型；分析調(diào)整模塊502，用于對外掛件和結(jié)構(gòu)支撐件的簡化模型，進(jìn)行有限元計(jì)算，調(diào)整結(jié)構(gòu)支撐件尺寸參數(shù)，使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近；分析確定模塊503，用于對調(diào)整后獲得的結(jié)構(gòu)支撐件，及外掛件的有限元詳細(xì)模型進(jìn)行模態(tài)分析，并根據(jù)獲得的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況，確定所述支撐系統(tǒng)是否滿足要求。

具體地，在設(shè)計(jì)外掛件的支撐系統(tǒng)時(shí)，首先利用有限元分析軟件建立外掛件的有限元模型，然后用柔性裝置將外掛件懸吊起來，使外掛件呈自由-自由狀態(tài)，模型修正模塊501通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲得外掛件自由狀態(tài)下前幾階彎曲模態(tài)參數(shù)(即，低階彎曲模態(tài)參數(shù))，該彎曲模態(tài)參數(shù)包括：固有頻率和模態(tài)振型等。然后模型修正模塊501在建立的外掛件有限元模型基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模型與外掛件自由狀態(tài)模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合的方式，對外掛件的有限元模型進(jìn)行修正。其次，建立模擬外掛件質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量的簡化模型，分析調(diào)整模塊502結(jié)合大梁對該簡化模型進(jìn)行模態(tài)分析，且在大梁的兩端設(shè)置一定的配重2，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)支撐件的大小使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近。最后根據(jù)計(jì)算獲得的結(jié)構(gòu)支撐件，結(jié)合外掛件建立有限元詳細(xì)模型，分析確定模塊503對該有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，例如，獲得偏航狀態(tài)的剛體模態(tài)參數(shù)和彎曲模態(tài)參數(shù)，如圖3a和圖3b所示；以及獲得俯仰狀態(tài)的剛體模態(tài)參數(shù)和彎曲模態(tài)參數(shù)，如圖4a和圖4b所示。然后分析確定模塊503將模態(tài)分析獲得的偏航模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的偏航模態(tài)參數(shù)進(jìn)行匹配，將俯仰模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的俯仰模態(tài)參數(shù)進(jìn)行匹配，并根據(jù)匹配情況來確定獲得的支撐系統(tǒng)是否滿足要求。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過模型修正模塊獲取外掛件自由狀態(tài)下的低階彎曲模態(tài)參數(shù)，并根據(jù)所述低階彎曲模態(tài)參數(shù)修正外掛件的有限元模型，以及通過分析調(diào)整模塊調(diào)整結(jié)構(gòu)支撐件的大小，使得簡化模型的低階模態(tài)頻率與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)頻率相近；以及分析確定模塊根據(jù)有限元模型的模態(tài)參數(shù)與掛機(jī)狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)的匹配情況，確定所述支撐系統(tǒng)是否滿足要求。這樣設(shè)計(jì)得到的支撐系統(tǒng)，能夠滿足外掛件掛機(jī)狀態(tài)下的掛機(jī)振動試驗(yàn)要求，通過真實(shí)的邊界模擬開展外掛件掛機(jī)振動地面試驗(yàn)，可以有效考核外掛件的動強(qiáng)度，保證外掛件上機(jī)的安全性。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。