论文基于虚拟原型机技术的联合仿真设计起落架

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1、基于虚拟原型技术的飞机起落架联合仿真概述摘要随着航空航天的快速发展，起落架的设计和制造越来越热话题。虚拟原型技术（VPT）的发展和应用为飞机的设计、制造提供了一个新领域，在设计、制造、检测的概念和方法上有了质的飞跃。建模和仿真技术已被应用到飞机设备制造贯穿整个生命周期。虚拟样机技术缩短了开发周期制造起落架的过程而且提高设计质量的设计，减少开发成本。本文讨论了基于虚拟样机技术的起落架仿真的研究进展。分类了仿真起落架的方法，并全面分析了各种联合仿真的研究现状，最后指出起落架仿真的难点及未来发展趋势。关键词：虚拟样机，起落架仿真，动力学软件，联合仿真1引言随着航空航天的快速发展，起落架的设计和制造越

2、来越热话题。起落架是一种重要的支承飞机的支撑结构，在飞机的安全着陆过程中，起落架与地面产生巨大的震动，飞机的缓冲系统将吸收和消耗着巨大的震动能量，因此，飞机起落架缓冲器的质量将直接影响飞机的安全和舒适度。起落架的设计、制造和装配是飞机制造中的一个非常复杂的问题。因为起落架的结构非常复杂，用传统工艺，起落架型的发展从设计、制造、装配和测试，到通过测试飞行状态评估，施胶，生产，需要重复设计，循环修改，这需要5至10平均年数。在传统的设计和制造工艺中，一个新的起落架产品的首先是项目演示和概念设计，然后加入经验设计的设计师来设计产品。设计后，物理原型通常是为性能测试，以验证它。如果测试结果是令人满意的

3、，再把它放在生产上，否则还将需要修改和验证，并有再做一个新的物理原型测试，如图1所示。只有不停得通过设计-测试-设计这个过程，才能达到我们想要的性能。这个过程是冗长的，特别是对于具有复杂结构系统的起落架，设计周期不能缩短，更不用说产品的升级和对市场的敏感反应。虚拟样机技术的存在（VPT）克服了传统的缺点有效的机械设计和制造过程，缩短了设计和制造周期，并降低了成本。图1传统机械设计过程虚拟样机技术是一种新的产品设计方法的发展。作为一种新的技术和概念，它包含许多学科领域。到目前为止它还没有一个确切的定义。但可以肯定的是，虚拟样机技术是一种基于产品模型的计算机数字设计方法并合成了大量的知识和技术。这

4、是一个融合先进的智能设计技术，如计算机辅助设计和有限元分析，现代仿真技术，传统与现代控制理论，并行通信工程技术与现代管理技术。虚拟样机技术使用这些技术的复杂全生命周期与系统的产品设计虚拟样机技术具有集中管理他们。虚拟样机技术强调系统的观点，涉及到整个生命产品周期，支持全方位产品测试，分析和评估。它强调不同领域的数字协同设计。相比传统的产品设计技术，它创造了跨越式发展。如图2所示图2虚拟原型机设计过程利用虚拟样机技术可以方便地实现运动学分析、负荷和应力分析，起落架的动态分析，以及良好的替代物理实验装置。它有许多优势，如投资少，简单的测试，更多测量数据和高精度，因此它可以极大的提高起落架的设计质量

5、，缩短设计周期，解决传统方法的缺陷。现在，使用虚拟样机技术它只需要美国和欧洲用两到四年完成同一工艺设计。一个起落架的改装甚至可以基本用不到一年的时间完成。国内近几年的研究取得了很大的进展。根据机械产品性能试验工程与研究与发展统计方法，国际当局预测传统物理实验的研究方法大大被数字仿真技术所取代随着计算机的快速发展。总之，在这一阶段的虚拟样机技术提高飞机起落架设计和设计的研究制造业到一个新的研究领域，它具有很大的潜力和极为深远的意义。首先，本文论述了起落架的研究现状基于虚拟样机技术的仿真。然后对起落架进行分类仿真和进行综合分析各种协同仿真的当前状态。最后，指出走出去的研究难点及发展趋势未来。2起落

6、架仿真分类研究现状2.1起落架仿真的分类根据飞机的动力学特性起飞和着陆阶段，飞机起落架模型建立包括下降模型，起飞/降落、滑行模型，延伸和收缩模型，防滑制动模型和前轮摆振模型。控制模型方法可分为被动控制方法，半主动控制与主动控制。每一个模型都可以进行不同的模拟实验模拟方法。2.2模拟下降，降落和滑行跌落仿真是最基本和最核心的部分起落架模拟。它是一个计算机模拟完全基于数学模型的通用。在保证冲击强度的条件下，起落架的冲击载荷确定。动态模型起落架通常是抽象成经典两质量动力学模型。也就是说，结构质量起落架分为两个集总质量。它可以表明起落架动力学模型可以通过机械分析得出飞机着陆时两质量模型。有很多如欧拉方

7、法，Trapezoidal的模拟算法方法和朗格-库塔法，亚当斯法。4-5阶朗格-库塔法是现在主流算法。仿真步长的控制方法是双减半法和最优补偿方法。因为MATLAB语言编程和仿真环境适用于仿真，所以它是主要工具。C++或其他程序设计语言也是可行的。利用Simulink编程直观、容易实现。语言编程方法相对比较复杂的，它往往需要更多的数学演绎与编程技巧。起落架着陆滑行运动模型照顾到着陆影响和滑跑影响的需