西北工业大学
硕士学位论文
飞机机械传动系统动力学特性与工程设计软件技术研究
姓名：丁文勇
申请学位级别：硕士
专业：飞行器设计
指导教师：孙秦
20060624
西北工业大学硕士学位论文第二章飞机机械操纵系统的构造与简化２．１钢索
２．１．１钢索
钢索是由钢丝捻成股，然后由股捻成钢索的。钢索有两种捻法，即顺捻和反捻法。反捻法为最常见的标准捻法，即钢丝向一方向捻成股，各股向相反方向旋转捻成钢丝绳。钢丝绳捻完后的钢丝大致与钢丝轴平行，反捻的钢索易控制而不易扭结和松散。顺捻钢索的每股的旋向和钢丝绳的旋向相同，因此外部的钢丝与钢索轴相交。顺捻的钢索与反捻的钢索相比，耐磨损和抗疲劳性能更好，但易打结和松股。
飞机上钢索常用的材料有两种，即碳钢和不锈钢。碳钢钢索在装机前一般要进行较为严格的防腐处理。如Ｙ１２飞机上使用的碳钢钢索。水上飞机则防腐要求更严格，一般采用不锈钢钢索。如水轰五飞机操纵系统就采用了不锈钢钢索。
飞机操纵系统的钢索直径一般在１／８英寸（３．１７５ｍｍ）句／１６英寸（４．７６ｍｍ）之间。钢索的构型主要有６×７＋１ｗＳ和６×１９＋１ｗｓ两种，如图２．２所示，通常主飞行操纵系统或重要部位的钢索选用６×１９＋１ｗｓ结构，只有在次要回路或其他受力不大的场合才选用６×７＋１ｗＳ的钢索。
８ｘ１９＋ＩＷＳ
图２．２钢索结构型式
由于钢索在施加操纵力时，钢索要伸长，为保证飞机的安全操纵，必须对钢索的伸长量进行控制。如钢索装机前要进行预拉伸，装机时要有预张力。在设计飞机操纵系统时钢索的刚度数值￡４是一个很重要的参数（Ａ为钢索截面积，Ｅ为钢索弹性模量），在动力学仿真中，一定要给定所选钢索材料的真实参数值。
钢索的直径应根据系统钢索载荷选取，在设计软式操纵系统时应特别注意：并非选取钢索直径越大越好，剩余强度越大越安全，因为选择直径过大的钢索会大大增加系统的摩擦力和显著降低使用疲劳寿命。通常用于升降舵、方向舵和副翼操纵系统中的钢索最小直径为３，２ｍｍ，在满足强度和刚度要求的前提下，应尽最使用直
西北工业大学硕士学位论文第二章飞机机械操纵系统的构造与简化
滑轮轴钢索滑轮
图２．７滑轮钢索简化图
扇形轮有限元模型
扇形轮主要用于钢索回路的两端，用来固定钢索。为了建模的方便，把扇形轮可当作一个封闭滑轮，只需要在两端把钢索与滑轮在特定点上连接固定就可以起到扇形轮的作用，对于所增加的质量，可以通过降低密度来等价．
转向滑轮和导向滑轮有限元模型
转向滑轮和导向滑轮都是简化成等厚度的圆
盘，直接建模即可。
在ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ中，扇形轮、转向轮和导
向滑轮都是按体来建模的，选用的单元类型是
ｓＯｕＤｌ６４，用户只需要输入滑轮所用材料的真实特
性即可，如弹性模量￡ｒ、密度胱和泊松比
Ｎｌｊｘｖ。
２３驾驶杆、摇臂和拉杆
２．３．１驾驶杆及摇臂
驾驶杆是飞行员对飞机实施控制的输入端，主
要用来传递力和位移，技术参数有输入点、支撑点
和输出点等，驾驶杆主要承受弯矩，按长度分为长
杆和短杆，长杆杆长通常为５８０～６１０ｍ胁（握点至转
卜输入点；２一支撑点：３一输ｉＢ点
轴的距离）；短杆杆长为４５０～５５０ｍｍ，如图２－８所
图２．８驾驶杆典型结构
７卞。
西北工业大学硕士学位论文飞机机械传动系统动力学特性与计算机辅助设计技术研究
摇臂用于支持拉杆、传递系统位移。它有输入端和输出端，主要承受弯矩。典型摇臂有单摇臂、双摇臂和复合摇臂等，如图２．９所示。
图２．９摇臂典型结构
驾驶杆、摇臂有限元模型
驾驶杆和摇臂都是用来传递力和位移的，主要受弯。在ＡＮｓＹＳ／ＬＳ．ＤⅥｑＡ中，驾驶杆和摇臂都用Ｂｅａｍｌ６１梁单元类型来模拟，这种单元由总体坐标系中的节点Ｉ、Ｊ和Ｋ来定义的。用户需要输入梁元截面的几何尺寸，也可以通过ＫＥＹＯＰＴ选项输入梁元截面积和转动惯量。
２．３．２拉杆
拉杆通过两端接头与其他构件相连，只能承受轴向力，拉杆长度不宜过长（一般不超过１ｍ），以保证拉杆的压杆稳定性和自振频率要求，如图２．１０所示。
图２．１０拉杆典型结构
拉杆有限元模型
在ＡＮＳＹＳ／“．ＤＹＮＡ中，杆元是ＬＩＮＫｌ６０单元。它由总体坐标系中节点Ｉ和Ｊ来定义的，用户需要输入拉杆的截面积。
２．４系统的摩擦力睢１
●滑轮
滑轮与钢索、：｝ｆ干轮?Ｊ滑轮轴之间的摩擦是构成软式操纵系统摩擦，琊Ｊ主要部分