Page 310 - 《振动工程学报》2026年第5期

1514 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

式弹舱舱门的刚柔耦合动力学仿真模型，运用 CFD
气动仿真计算出气动载荷，并与试验数据进行对比，
(a) 一阶模态 (b) 二阶模态 将其耦合于弹舱舱门上，同时考虑气动载荷对舱门
(a) First order mode (b) Second order mode 及连接机构变形的影响，对舱门与接头机构进行柔
性化建模与分析，并将刚柔耦合仿真结果与传统的
刚体动力学模型进行对比，得出以下结论：
(c) 三阶模态 (d) 四阶模态 （1）在内埋弹舱舱门开启过程中，气动载荷对舱
(c) Third order mode (d) Fourth order mode
门应力分布具有显著影响，应力集中区域主要出现
在远离驱动端处，且最大应力值随开启角度增大呈
先上升后下降的趋势，反映出空腔效应对舱门的影
(e) 五阶模态 (f) 六阶模态
(e) Fifth order mode (f) Sixth order mode 响随着开启角度的增加而逐渐减弱。
（2）在作动机构中，接头作为液压系统驱动力矩
转化为机械推力的关键传力部件，在交变载荷作用
(g) 七阶模态 (h) 八阶模态 下出现明显的应力集中，集中区域主要分布于接头
(g) Seventh order mode (h) Eighth order mode
中间板区域。建议通过结构拓扑优化与局部强化设
计改善应力分布，保障传力路径的连续性与可靠性。
（3）与多刚体动力学模型相比，刚柔耦合分析方
(i) 九阶模态 (j) 十阶模态
(i) Ninth order mode (j) Tenth order mode 法能够更真实地反映气动载荷引起的舱门结构变形

行为，显著提升运动轨迹预测精度，为舱门系统在实
图 14 接头模态
Fig. 14 Joint modes 际气动-结构耦合工况下的性能评估与优化设计提
供更可靠的仿真依据。
3.3 刚柔耦合仿真分析

对舱门及接头采用柔性体模型进行替换，对建立 5 总 结 与 展 望
的嵌入式弹舱舱门刚柔耦合模型进行多体动力学仿
真，分别取 80%、100% 及 120% 舱门杨氏模量进行分 舱门设计是飞机设计的重要环节，因同时涉及结
析，并与未作柔性化替换的纯刚体动力学模型中嵌 构与机构，设计难度往往较大，因此利用动力学软件
入式弹舱舱门变形情况进行对比，对比曲线如图 15 对舱门实现打开与关闭功能进行分析是十分必要的。
所示，纵坐标表示舱门在开启过程中某点与其初始 本文基于 LMS Virtual.Lab 软件，建立内嵌式武器舱门
位置（即舱门闭合状态）之间的距离，随着柔性体舱 结构的运动学及刚柔耦合动力学模型，分析了舱门运
门杨氏模量增大，结果趋向于纯刚体动力学模型，刚 行中机构的应力大小，确定了舱门在打开过程中的危
柔耦合模型的最大位移比例比刚性体模型高 8%。 险状态，可以为舱门的设计及受力分析提供参考。但

350 舱门模型的优化仍存在一定的局限性，例如舱门开启
300 时振动比较明显，而目前所使用的刚柔耦合方法对共
距离 / mm 250 120% 振关注较少，可以结合气动载荷及气动噪声数据进行
200
分析，对舱门的结构进行进一步的优化。
100%
80%
150
100 刚性体
参考文献：
50
0
0 0.5 1.0 1.5 2.0
[1] 杨卫平. 飞机结构有限元建模指南 [M]. 北京：航空工业出
时间 / s
版社，2013.

图 15 舱门上某点与其初始位置距离
YANG Weiping. Guidelines for Finite Element Modeling of
Fig. 15 The displacement of a specific point on the embedded Aircraft Structures[M]. Beijing： Aviation Industry Press，
weapons bay door from its initial position 2013.

[2] 陈天. 某型战斗机内埋式武器舱舱门启闭安全阀研发及特
性研究 [D]. 长春：吉林大学，2019.
4 结 论
CHEN Tian. Research and characteristic analysis of safety
valve for embedded weapon cabin door of a fighter[D].
本文基于 LMS Virtual. Lab 软件建立了飞机嵌入 Changchun：Jilin University，2019.