0 引言
貨臺空投系統的關鍵問題之一，就是要解決貨臺著陸時由于速度的突然改變產生的沖擊力給結構造成過載和著陸期間的損傷。最常用的減速方法是應用降落傘為貨臺系統進行減速，但是在貨臺接地之前垂直速度不可能完全耗散，因此必須輔以地面緩沖裝置去吸收剩余能量。地面緩沖系統的設計主要依據貨臺允許的著陸過載、下降速度、結構形式、地面條件以及著陸特性與以上各參數之間的關系等。
本文基于貨臺系統有限元模型，對貨臺系統著陸緩沖過程進行模擬，分析貨臺系統著陸緩沖過程中系統狀態對貨臺垂直著陸峰值加速度的影響規律。貨臺系統著陸狀態包括：垂直著陸速度、水平縱向速度、水平橫向速度、貨臺縱向姿態角以及貨臺橫向姿態角。采用部分析因試驗設計方法設計少量的試驗，對各影響因素進行靈敏度分析，確定出各影響因素的主次順序，為下一步細致分析主要影響因素與試驗考核指標的關系奠定基礎。
1 部分析因試驗設計方法
1.1 Hyperstudy介紹
Hyperstudy是Altair Hyperworks軟件包中的一款主要產品，它主要用于CAE環境下DOE（試驗設計）、優化及隨機分析研究，可與各種外部求解器（如Abaqus，Radioss，Ansys等）合并使用。Hyperstudy中提供的試驗設計方法有全因子設計、部分析因(Fractional Factorial)設計、中心組合設計以及拉丁方設計等。
1.2 部分析因試驗設計
完全析因試驗的優點是可以考慮所有可能的試驗條件組合，但是其缺點也是明顯的，即隨著參數個數k的增大，需要作的試驗次數成倍增多。實際經驗表明，僅進行完全析因試驗所要求的一部分試驗便可以得到主效應和低階相互作用，這類試驗稱為部分析因試驗。很明顯，應用部分析因試驗設計可以降低成本、節省時間。所以，這類試驗在工業中得到了較廣泛的應用。
2 峰值加速度影響因素靈敏度分析試驗設計
2.1 貨臺系統有限元模型
運用Hypermesh建立貨臺及氣囊系統模型，如下圖1所示。由圖1中坐標系統設置為：X軸表示系統寬度方向，Y軸表示系統高度方向，Z軸表示系統長度方向。
圖1貨臺空投系統有限元模型
2.2 試驗設計
(1)試驗目的：通過試驗，尋找對貨臺空投垂直著陸峰值加速度影響因素的主次關系。
(2)試驗指標：貨臺垂直峰值加速度。
(3)因素：其中固定因素為貨臺重量、緩沖氣囊參數以及地面參數等，需研究的因素及其相應的水平如表1所示。
表1 因素水平表
根據貨臺系統模型中坐標系的定義可知，垂直著陸速度、水平縱向速度和水平橫向速度三個因素分別為貨臺下落速度在Y軸、Z軸和X軸方向上的速度分量。縱向姿態角和橫向姿態角分別表示貨臺系統繞X軸和Z軸的擺角。
(4)試驗方案及試驗結果分析：運用Hyperstudy生成的試驗方案如表2所示。調用Radioss軟件進行求解，并將求解得到的結果填入表中。
表2 試驗方案及試驗結果
3 試驗結果及分析
3.1 試驗結果
本文基于某貨臺氣囊系統，采用有限元方法模擬貨臺系統著陸緩沖過程。根據表2中試驗方案調整貨臺著陸速度及姿態，得到試驗2的著陸條件下的貨臺質心加速度一時間歷程如圖2所示。由圖可見加速度是一隨時間變化的量，波形寬度為沖擊持續時間，波形最高點為垂直峰值加速度，即為試驗設計指標。
圖2 貨臺質心加速度曲線
根據試驗方案調整系統有限元模型著陸速度及姿態，進行有限元模擬計算。得到貨臺著陸過程中質心加速度曲線，并將垂直峰值加速度填入表2中。
3.2 結果分析
采用極差分析法對試驗結果（表2）進行統計分析，分析結果如表3所示，根據表3作各因素對貨臺峰值加速度影響的效應曲線如圖3所示。從圖3中可以看出，峰值加速度隨垂直著陸速度、水平縱向速度和水平橫向速度的增加而增加，隨縱向姿態角和橫向姿態角的增加而略微降低。
對16組試驗數據進行多項式擬合，并進行歸一化參數靈敏度分析，分析結果如圖4所示。由表3，圖3，圖4可以看出，影響貨臺峰值加速度的5個因素的靈敏度由大到小依次為：垂直著陸速度、水平橫向速度、水平縱向速度、橫向姿態角、縱向姿態角。表3中列出了所有交互作用中影響最大的4個交互作用，由大到小排列依次為AxB，AxE，CxE，AxC。
表3 試驗結果極差分析
圖3 主效應曲線
圖4 方差分析結果
4 結論
運用有限元方法對貨臺系統空投過程進行模擬，采用Hyperstudy進行試驗設計，將貨臺垂直著陸峰值加速度作為試驗設計指標，分析各因素對貨臺峰值加速度影響的靈敏度。試驗結果表明：
(1)峰值加速度隨垂直著陸速度、水平縱向速度和水平橫向速度的增加而增加，隨縱向姿態角和橫向姿態角的增加而略微降低。峰值加速度主要與垂直著陸速度相關，而水平速度對峰值加速度的影響較小。此結果與文獻1中試驗結果基本吻合。
(2)影響貨臺峰值沖擊加速度的5個因素的靈敏度由大到小依次為：垂直著陸速度、水平橫向速度、水平縱向速度、橫向姿態角、縱向姿態角。
(3)部分析因試驗設計方法用于貨臺峰值加速度影響因素靈敏度分析，綜合考慮了影響峰值加速度的多種因素及其交互作用。通過試驗確定影響峰值加速度的最敏感或較敏感因素，從而使貨臺系統的設計更有針對性。根據本文結果，通過控制貨臺垂直著陸速度，可以有效地控制貨臺峰值加速度，為貨臺系統設計提供理論依據。
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