王宣博，王子龙，王君凤，胡勇，韩世东

(航天时代飞鸿技术有限公司，北京 100094)

0 引言

活塞式航空发动机在中小型无人机应用广泛，该类型发动机一般通过调节风门和螺旋桨转速来改变发动机推力和无人机飞行速度，风门和螺旋桨转速变化，发动机振动频率也随之变化。活塞式航空发动机工作时产生的振动是无人机的主要振动来源之一，发动机产生的振动通过发动机支架传递到无人机机体，引起机体振动及噪声，导致部分结构及机载设备损坏，影响飞行安全[1]。振动疲劳是该类型无人机结构的典型疲劳问题，分析振动疲劳工况对增强飞机可靠性和寿命具有重要意义。

本文主要针对无人机的发动机支架结构进行研究，基于三区间法进行随机振动分析并结合仿真结果对支架结构进行优化，并对比优化前后的损伤情况，证明分析优化方法的可行性。

1 建立分析模型

1.1 动力学建模

发动机支架为点对称结构，由发动机转接板、支柱、减震橡胶等组成，如图1所示。因其点对称的支撑结构，建模时将模型切割为1/4大小，去掉半径<6 mm的圆角和倒角，简化减震橡胶处结构。采用Hypermesh作前处理，发动机用masses模拟，选取发动机质心位置进行加载，用MPC连接至发动机转接板孔位处，螺栓应力截面积取6 mm2。模型如图2所示。

图1 结构组成

图2 简化模型

考虑到发动机转接板厚度的不均匀性，转接板采用solid单元，支柱采用solid单元，材料为铝合金，螺栓采用bar单元，材料为钢。各零件材料见表1，铝合金和钢的材料属性见表2。

表1 零件材料

表2 材料属性

1.2 边界条件

(1)

自相关函数代表随机振动过程加速度在时域内幅值的变化情况，其幅值呈正太分布，根据帕斯瓦定理，信号的平均功率在时域和频域守恒。……