升力加载法在起落架缓冲器性能研究中的应用

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1、第40卷第5期2010，年9月航空计算技术AelDnauticalComputingTbchniqueV01．40No．5Sep．2010升力加载法在起落架缓冲器性能研究中的应用沈强，时兵(上海飞机设计研究院，上海200232)摘要：针对某型飞机前起落架，在ADAMs／Ajrc阳ft软件环境下建立对应的虚拟样机模型。通过编制仿真控常3文件，采用直接在起落架上加栽当量升力而非折算当量质量的方法，研究了升力作用对缓冲器性能的影响，更加真实地实现了对起落架有仿升落震试验的模拟。最后，通过对比分析进一步验证了该种升力加载方法的有效性和可靠性，为型号研制

2、中起落架缓冲系统的下一阶段的详细设计工作奠定了基础。关键词：虚拟样机；起落架；落震仿真；升力直接加栽中图分类号：V214．1文献标识码：A文章编号：1671．654x(2010)05．0059．04引言起落架缓冲性能分析是飞机起飞着陆装置／系统研发过程中不可或缺的关键环节，必须考虑众多因素的影响，其中最为重要的因素之一便是升力，而升力本身是一种分布载荷，并且与机翼的翼型、飞机的飞行速度和迎角等众多因素直接相关，因此不可避免地要在分析计算时做一定程度的简化。目前关于升力加载的通用方法是假设在飞机的重心处作用有大小为1倍重力的定常升力，并且在着陆过

3、程中保持不变⋯。落震仿真和试验中应用上述升力加载假设时衍生出了多种方法。最传统的方法是在起落架落震的动力学方程组中加入升力项，通过编程计算来实现。这种方法的主要缺陷在于编程周期比较长，程序通用性比较差，计算精度不高。随着近年来动力学仿真软件的大量涌现和逐步成熟，工程人员开始借鉴落震试验中的无仿升试验方法，将升力所做的功等效为起落架落震投放质量的减缩，即对当量质量进行了二次折算。这种方法不仅需要进行多次的迭代计算，比较耗时，而且有其自身的局限性，本质上是一种校核性手段，即必须以现成的缓冲器充填与结构参数为前提，用来验证所设计的缓冲器方案在考虑升力

4、作用因素时能否满足要求。在原始设计阶段，企图借助这种方法来确定参数是非常困难的。另一种落震试验采用专门的仿升装置，在试验台架上增设升力作动筒、气瓶等装置，通过对吊篮施加向上的载荷——仿升力，模拟飞机升力的作用。这种试验方法比较接近加载理论基本假设，但设备复杂繁多，成本较高，不易根据实际情况进行调整。随着计算机仿真技术的不断发展，虚拟样机技术作为一种被广泛认可的计算机仿真手段也越来越多地被应用于各个领域，尤其是ADMAS等多体动力学分析软件早已经被世界各主要飞机制造厂商作为虚拟样机分析软件应用于飞机设计、制造的各个环节。AD—MAS系列软件功能强

5、大，特别是ADAMs／AircE出模块能够提供直接加载升力的条件，本文便是通过编制控制文件将作用在飞机重心位置的升力直接分配到前起落架上成为当量升力，在仿真环境下实现了对有仿升落震试验的模拟。1起落架落震仿真动力学模型动力学建模是起落架落震性能分析的基础，以目前应用的最广泛、最成熟的单腔油气式，且带有变截面油针的缓冲器作为研究对象。这种类型的缓冲器不仅具有较高的缓冲效率，吸收着陆能量的能力比较强，而且可通过对油针截面进行优化来控制支柱的过载水平。落震仿真时，为便于建立动力学方程，需要对上述实际结构作提炼和简化。普遍采用的是经典的二质量弹簧一阻尼

6、模型，即将只吸收能量而不耗散能量的空气(包括缓冲器气腔内的氮气和轮胎内充的空气)约化为弹簧，着陆能量的消耗主要是通过油液高速挤过压缩油孔将动能转换为热能来实现的，此外上下轴承座与活塞杆之间的摩擦力做功也能消耗一部分动能，将这些能量耗散机制约化为阻尼器。起落架的当量质量划分为两个质量块，即包括机身、支柱外筒、与支柱外筒相连的侧撑杆、阻力撑杆等在内的弹性支承质量，收稿日期：2010一03．23修订日期：2010—05．12作者简介：沈强(1983一)，男，安徽无为人，助理工程师，硕士研究生，研究方向为起落架缓冲系统设计与性能优化。·60·航空计算技

7、术第40卷第5期也称不活动部分质量，记为m。；以及包括机轮刹车、活塞杆、转向机构等在内的非弹性支承质量，也称活动部分质量，记为m：，如图l所示：气腔弹簧充气轮胎弹图l缓冲系统动力学模型示意图根据各部分受力与运动之间的关系，可以得到：f，孔1叠1=F。一F^+L—mlg一乃，．、【，％露2=，。+R一只一，孔29+B’。式中，茄。，菇：分别为对应的质量块在垂直方向上的位移；凡为空气弹簧力；凡为油液阻尼力；F，为缓冲支柱与活塞杆之间的摩擦力；这些力的矢量和构成支柱载荷凡；E为轮胎支反力。以上各力的计算方法在各类资料中多有介绍，可参见文献[2—5]，

8、在此不再赘述。当量升力L是将假设作用于飞机重心，大小等于一倍重力的升力按照与当量载荷相同的计算方法等效分解到前、主起落架转轴处，对于前起而言，其表达式