Конечно-элементное моделирование и исследование динамики палубного аэрофинишера

• Автор: Михалюк, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Аэрофинишер. История, описание конструкции
1.1. Исторический обзор
1.2. Аварии при посадках на гаковые аэрофинишеры
1.3. Основные элементы и классификация аэрофинишеров
1.3.1. Характеристика основных элементов аэрофинишеров
1.3.2. Гаковое улавливание самолетов
1.4. Описание конструкции и условий работы такового аэрофинишера «Светлана-2»
Глава 2. Выбор методов решения задач динамики аэрофинишера
2.1. Принципы построения динамической модели
2.2. Постановка задачи динамики
2.2.1. Дифференциальные уравнения движения. Начальные и граничные условия
2.2.2. Контактные граничные условия
2.2.3. Общая постановка задачи
2.3. Конечно-элементная постановка задачи
2.3.1. Дискретизация по пространству
2.3.2. Интегрирование по времени
2.4. Контактное взаимодействие
2.4.1. Численные методы решения контактных задач
2.4.1.1. Метод множителей Лагранжа
2.4.1.2. Метод штрафных функций
2.4.2. Поиск контактирующих элементов
2.4.3. Учет трения
Глава 3. Динамика удара по приемному тросу
3.1. Математическая модель троса. Уравнения движения
3.2. Общий анализ уравнений движения упругого троса
3.3. Распространение волн при поперечном ударе по нити
3.4. Прямой точечный удар по тросу бесконечной длины
3.5. Косой точечный удар по тросу бесконечной длины
3.6. Удар по тросу точкой конечной массы
3.7. Удар по предварительно натянутому тросу

3.8. Удар по тросу телом заданной формы
3.9. Удар по тросу конечной длины
3.10. Обобщение полученных результатов
Глава 4. Создание динамической модели аэрофинишера
4.1. Постановка задачи
4.2. Конечно-элементная модель
4.3. Система управления
4.4. Валидация разработанной динамической модели
Глава 5. Многовариантные исследования динамического поведения аэрофинишера
5.1. Постановка цели исследований
5.2. Анализ влияния массы летательного аппарата на диаграммы торможения
5.3. Анализ влияния скорости зацепления летательного аппарата на диаграммы торможения
5.4. Анализ влияния уставки селектора массы на диаграммы торможения
5.5. Анализ влияния силы тяги на диаграммы торможения
5.6. Анализ влияния внецентренного зацепления на диаграммы торможения
5.7. Корректирование уставки с,учетом силы тяги
5.8. Анализ влияния существенного изменения уставки
Глава 6. Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния
соединительной муфты
6.1: Описание соединительной муфты
6.2. Определение усилий в муфте в зависимости от массы летательного аппарата
6.3. Гомогенизация
6.4. Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния муфты при заливке цинка в патрон и их остывании
6.5. Расчет прочности соединительной муфты при растяжении
Заключение
Список литературы

Введение
Развитие и укрепление боевой мощи военно-морского флота России требует применения самых современных достижений науки и техники при разработке новой продукции, продлении срока службы и оптимизации уже разработанной. Проблема исследования вопросов, связанных с функционированием авианосцев, сложнейших с технологической точки зрения кораблей, является в настоящее время чрезвычайно актуальной. Одним из действий, регулярно осуществляемых при боевом дежурстве авианосца, является посадка летательного аппарата (ЛА) на его палубу. Посадка на палубу — это сложный процесс, требующий как квалифицированных действий пилота и командующего полетами, так и безотказной работы системы торможения -аэрофинишера. Одним из факторов, влияющих на безопасность посадки, является динамическая прочность и работоспособность аэрофинишера, а также его «оптимальная настройка» на прием ЛА заданной массы с заданным вектором посадочной скорости. При этом формулировка задач исследования механики подобных конструкций является крайне сложной. Данные задачи являются принципиально нелинейными и динамическими, и требуют современных подходов к решению [12].
До настоящего времени исследование динамики аэрофинишера проводились в рамках организаций (НИИ и КБ), разрабатывающих данное изделие, в первую очередь в ЦНИИ судового машиностроения. По большей части результаты исследований публиковались лишь во внутренних отчетах о НИР [23, 24]. В открытой печати можно найти незначительное число работ, среди которых можно упомянуть работы российских авторов по исследованию динамики аэрофинишера [3, 35, 43] и выбору параметров гидравлической системы [36, 42]. На тему моделирования аэрофинишера было защищено несколько диссертаций [15, 37]. В работе [37] разработан алгоритм на языке ЕоМгап для расчета динамических и гидравлических параметров аэрофинишера, основанный на экспериментальных данных и численном интегрировании уравнений динамики.

1. Математическая формулировка задачи - построение математической модели;
2. Выбор метода исследования;
3. Верификация методов и проверка адекватности разработанной модели, уточнение модели с учетом экспериментальных данных;
4. Выполнение расчетов, анализ и интерпретация полученных результатов.
Первые два этапа требуют математических и прикладных знаний и опыта исследователя. Заключительные два этапа (особенно при переборе различных конструкционных вариантов) зачастую требуют значительных временных затрат.
Построение математических моделей подразумевает выполнение определенной последовательности действий. На первом этапе анализируется реальный объект, производится его описание с помощью абстрактных представлений и выбор расчетных схем. Так, в настоящей работе на первом этапе исследований с помощью современных системы автоматического проектирования построены геометрические модели (С4П-модели) элементов конструкции аэрофинишера, произведен выбор моделей материалов для математического описания поведения всех элементов конструкции. При этом некоторые свойства оригинального объекта не были учтены. В частности изначально было принято решение моделировать блоки в виде абсолютно твердых (не-деформируемых) тел. Тем не менее, при необходимости не составит труда внести незначительные изменения в модель блоков для оценки их напряженно-деформированного состояния.
Очевидно также, что при построении математических моделей нельзя было не учесть метод исследований - метод конечных элементов, который также накладывают определенные требования к построению модели еще на этапе упрощенного описания объекта на физическом языке.
На втором этапе происходит построение непосредственно математических моделей, которые описываются системами уравнений в частных произ-