車載雷達結(jié)構(gòu)整車穩(wěn)定性分析

2013-06-16 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

1 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,車載雷達需要具有良好的機動性和生存能力。其工作狀態(tài)的穩(wěn)定性直接影響該雷達系統(tǒng)的精確度,在總體概念設(shè)計階段,設(shè)計師必須充分考慮車載雷達改裝后的穩(wěn)定性。長期以來,車載雷達整體穩(wěn)定性研究一直是按其受最大靜載荷考慮的。然而,在實際應用中卻出現(xiàn)了許多在靜態(tài)設(shè)計領(lǐng)域中無法解釋的問題,如零件的斷裂,早期磨損等等。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),這是因為雷達在使用過程中的動載荷引起的。因此本文以多體動力學為理論基礎(chǔ),在 MotionView 軟件中進行了車載雷達機構(gòu)的建模與仿真,從所得到的動力學結(jié)果可知利用該種方法建立的車載雷達多剛體動力學模型能夠較好地描述車載雷達的穩(wěn)定性,并具有卓著的可視化效果。

    2 動力傳動系統(tǒng)仿真模型的建立

    2.1 動力學模型的建立
該車載雷達傳動系統(tǒng)由動力裝置(電機)、傳動裝置等組成。在建立動力學模型時,首先建立空間位置點 point。這些位置點為各個機構(gòu)的關(guān)鍵點,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)臺等。將根據(jù) CAD 模型得到的精確的質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量賦值給相應的構(gòu)件。為了縮小仿真規(guī)模,避免不必要的干擾,獲得最高效的計算模型,將天線、舉升機構(gòu)及動轉(zhuǎn)臺作為一個 body 考慮。

    2.2 約束的施加

根據(jù)各個零部件之間的運動關(guān)系,分別施加各零部件之間或零部件與大地之間的約束,以模擬該動力傳動系統(tǒng)內(nèi)各零部件之間的相對運動。

    2.3 力元的建立

    雷達車在展開工作時,通過調(diào)平機構(gòu)將雷達調(diào)平。天線升起處于工作狀態(tài),雷達車所受的力主要包括自身重力和風載荷。按照總體戰(zhàn)技指標要求,雷達車在舉升到位時,具有抵抗8 級風的能力?？己颂炀€在每分鐘 6 轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)時,在風載荷下,整車的穩(wěn)定性。

    風阻力計算如下:

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

    2.4 運動的建立

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

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

    2.5 實體模型的建立

本動力傳動系統(tǒng)仿真模型中的所有剛體模型都是先在 CAD 軟件 proe 下建立實體模型,以得到其精確的質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量;然后按照其裝配關(guān)系進行組裝,最后通過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,各撐腿靜反力為:前腿最大載荷 7.53T,后腿最大載荷5.02T(見圖 1)。

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

    3.2 工作狀態(tài)

載車在 8 級風作用下,30 秒啟動到位,并勻速轉(zhuǎn)動的仿真結(jié)果圖 2 所示。在工作狀態(tài)下,各個撐腿所承受壓力隨會產(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。由此可見該車載雷達在 8 級風作用下,各撐腿一直保持受壓狀態(tài),表明該車載雷達在 8 級風情況下可保持整體工作穩(wěn)定,滿足設(shè)計要求。

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    4 結(jié)論

車載雷達的改裝設(shè)計是一個復雜的系統(tǒng)工程。并且改裝設(shè)計后的性能直接影響其工作可靠性。通過對某機動式雷達改裝設(shè)計時所進行的穩(wěn)定分析,測定了各個撐腿的動態(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。說明了采用動力學分析進行車載雷達整體穩(wěn)定性仿真分析中的可行性,并為更進一步研究撐腿結(jié)構(gòu)的力學性能奠定了基礎(chǔ)。

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