車載雷達(dá)結(jié)構(gòu)整車穩(wěn)定性分析

2013-06-16 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

1 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,車載雷達(dá)需要具有良好的機(jī)動(dòng)性和生存能力。其工作狀態(tài)的穩(wěn)定性直接影響該雷達(dá)系統(tǒng)的精確度,在總體概念設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)師必須充分考慮車載雷達(dá)改裝后的穩(wěn)定性。長(zhǎng)期以來(lái),車載雷達(dá)整體穩(wěn)定性研究一直是按其受最大靜載荷考慮的。然而,在實(shí)際應(yīng)用中卻出現(xiàn)了許多在靜態(tài)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中無(wú)法解釋的問(wèn)題,如零件的斷裂,早期磨損等等。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),這是因?yàn)槔走_(dá)在使用過(guò)程中的動(dòng)載荷引起的。因此本文以多體動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ),在 MotionView 軟件中進(jìn)行了車載雷達(dá)機(jī)構(gòu)的建模與仿真,從所得到的動(dòng)力學(xué)結(jié)果可知利用該種方法建立的車載雷達(dá)多剛體動(dòng)力學(xué)模型能夠較好地描述車載雷達(dá)的穩(wěn)定性,并具有卓著的可視化效果。

    2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型的建立

    2.1 動(dòng)力學(xué)模型的建立
該車載雷達(dá)傳動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力裝置(電機(jī))、傳動(dòng)裝置等組成。在建立動(dòng)力學(xué)模型時(shí),首先建立空間位置點(diǎn) point。這些位置點(diǎn)為各個(gè)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn),如天線質(zhì)心位置、載荷質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)軸位置、撐腿空間位置等。

其次建立各構(gòu)件物體 body,如車體、天線、轉(zhuǎn)臺(tái)等。將根據(jù) CAD 模型得到的精確的質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量賦值給相應(yīng)的構(gòu)件。為了縮小仿真規(guī)模,避免不必要的干擾,獲得最高效的計(jì)算模型,將天線、舉升機(jī)構(gòu)及動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)作為一個(gè) body 考慮。

    2.2 約束的施加

根據(jù)各個(gè)零部件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,分別施加各零部件之間或零部件與大地之間的約束,以模擬該動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各零部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

    2.3 力元的建立

    雷達(dá)車在展開(kāi)工作時(shí),通過(guò)調(diào)平機(jī)構(gòu)將雷達(dá)調(diào)平。天線升起處于工作狀態(tài),雷達(dá)車所受的力主要包括自身重力和風(fēng)載荷。按照總體戰(zhàn)技指標(biāo)要求,雷達(dá)車在舉升到位時(shí),具有抵抗8 級(jí)風(fēng)的能力。考核天線在每分鐘 6 轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)時(shí),在風(fēng)載荷下,整車的穩(wěn)定性。

    風(fēng)阻力計(jì)算如下:

式中:ρ 為空氣密度,取 ρ=0.125kgs2/m4;Cx:風(fēng)阻系數(shù),取 1.37;S 為迎風(fēng)面面積;V 為風(fēng)速。經(jīng)計(jì)算,天線陣面風(fēng)阻力、方艙風(fēng)阻力、運(yùn)載車底盤風(fēng)阻力分別為 F1、F2、F3。在本研究模型中,選擇了最安全的風(fēng)阻力施加方式,風(fēng)阻力作用方向設(shè)置為隨天線陣面轉(zhuǎn)動(dòng)。

    2.4 運(yùn)動(dòng)的建立

在本研究模型中,天線調(diào)平到位后,在 30 秒內(nèi)天線啟動(dòng)到 6 轉(zhuǎn)/分鐘。在此建立了一個(gè)相應(yīng)與時(shí)間的天線轉(zhuǎn)動(dòng)角速度函數(shù)。該函數(shù)設(shè)置如下:

    F(X)= step(time,0,0,30,0.2*PI)

    2.5 實(shí)體模型的建立

本動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型中的所有剛體模型都是先在 CAD 軟件 proe 下建立實(shí)體模型,以得到其精確的質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;然后按照其裝配關(guān)系進(jìn)行組裝,最后通過(guò)proe 和 MotionView 軟件的接口將其轉(zhuǎn)換成 H3D 格式的幾何模型。

    3 仿真結(jié)果

    3.1 調(diào)平狀態(tài)

載車擺放水平地面狀態(tài)調(diào)平時(shí),各撐腿靜反力為:前腿最大載荷 7.53T,后腿最大載荷5.02T(見(jiàn)圖 1)。

車載雷達(dá)結(jié)構(gòu)整車穩(wěn)定性分析ansys培訓(xùn)課程圖片1

    3.2 工作狀態(tài)

載車在 8 級(jí)風(fēng)作用下,30 秒啟動(dòng)到位,并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的仿真結(jié)果圖 2 所示。在工作狀態(tài)下,各個(gè)撐腿所承受壓力隨會(huì)產(chǎn)生周期性變化,其中前腿最大載荷 7.5T,最小載荷 7.08T;后腿最大載荷 5.2T,后腿最小載荷 4.8T。由此可見(jiàn)該車載雷達(dá)在 8 級(jí)風(fēng)作用下,各撐腿一直保持受壓狀態(tài),表明該車載雷達(dá)在 8 級(jí)風(fēng)情況下可保持整體工作穩(wěn)定,滿足設(shè)計(jì)要求。

車載雷達(dá)結(jié)構(gòu)整車穩(wěn)定性分析ansys培訓(xùn)課程圖片2

車載雷達(dá)結(jié)構(gòu)整車穩(wěn)定性分析ansys培訓(xùn)課程圖片3

    4 結(jié)論

車載雷達(dá)的改裝設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。并且改裝設(shè)計(jì)后的性能直接影響其工作可靠性。通過(guò)對(duì)某機(jī)動(dòng)式雷達(dá)改裝設(shè)計(jì)時(shí)所進(jìn)行的穩(wěn)定分析,測(cè)定了各個(gè)撐腿的動(dòng)態(tài)載荷,獲得了相關(guān)數(shù)據(jù)及曲線,用于判斷整車結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。說(shuō)明了采用動(dòng)力學(xué)分析進(jìn)行車載雷達(dá)整體穩(wěn)定性仿真分析中的可行性,并為更進(jìn)一步研究撐腿結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能奠定了基礎(chǔ)。

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