飞机柔性对前起落架摆振的影响分析.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252011V01．32No．122227—2235ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cghkxb@buaa．edu．cn文章编号：i000—6893(2011)12—2227—09飞机柔性对前起落架摆振的影响分析冯飞1，常正2，聂宏1’*，张明1，彭一明11．南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，江苏南京2100162．上海飞机设计研究院强度设计部，上海200232摘要：以某型客机为对象，研究了飞机滑跑时前起落架的

2、摆振动力学问题。基于多体动力学理论。采用子结构模态综合法将关键部件柔性化，建立了计及前起落架和机身弹性的全机地面滑跑刚柔耦合动力学模型，并进行了摆振稳定性仿真分析。采用起落架静力试验和模态试验的结果对模型进行校验，仿真结果与试验结果吻合较好。给出了以飞机速度和防摆阻尼系数组成的飞机摆振稳定区域图，研究了机身刚体运动与弹性对摆振的影响。结果表明：采用线性防摆阻尼时，定义摆振I临界稳定所需的初始摆角对I临界防摆阻尼的影响可忽略不计；采用简化方法将起落架弹性等效为起落架和机身连接刚度的方法会带来较大的误差，仅适用于定性分析；机身刚体运动对防摆阻尼影响很小，机身柔性的影响相对较

3、大，使得中高速情况下所需防摆阻尼平均增加了12．1％。关键词：起落架；摆振；机身刚体运动；机身柔性；动力学中图分类号：V216．2+2文献标识码：ANASA在1999年启动一项研究计划，希望在接下来的十年中将飞行事故降低5％，如何改进起落架的设计减少摆振成为该计划的关注重点之一[1]。随着现代飞机薄机翼和长机身的设计以及复合材料的使用，使得飞机变得更柔，改变了机身和机翼的振动频率，进而对飞机的摆振特性产生影响【z]。因此，飞机摆振动力学研究仍具有重要意义。摆振现象的机理复杂，机身运动和柔性、轮胎等非线性因素都可能对摆振分析产生较大影响¨]。采用线性分析方法自定义编程，根

4、据复平面内根的分布进行摆振分析【lj的传统方法难以考察各种非线性因素的影响及其耦合关系，也难以准确反映飞机的实际摆振情况[4巧]。数值模拟是考虑非线性系统摆振分析的有效工具L6J。国内外，以Fong和Eng为代表的学者已于近年开始用商用仿真软件进行摆振分析并获得一定成果‘6‘8

5、。在摆振相关的各种非线性因素中，对机身运动与柔性的研究较少[1]。在已有对机身运动的研究中，一般仅考虑机身的3个平移自由度；对机身柔性研究时，仅将机身简化为变参数的悬壁弹性梁，考虑了不超过3阶的模态【9]。本文以某型客机为研究对象，运用商用软件LMSVirtual．Lab，建立了与试验数据相吻合

6、的飞机摆振分析动力学模型，并提出一套适用于工程分析的摆振分析方法，全面考察了机身6自由度刚体运动，用有限元与模态综合法处理机身等部件的柔性，分析了机身的刚体运动与柔性对摆振的影响。收稿日期：2011．04．11；退修日期：2011．05—18；录用日期：2011—06-29；网络出版时间：2011—07-2616：49网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／”．1929．V．201107261649．003htmIDOI：CNKI：11—1929／V．20110726．1649．003基金项目：因家自然科学基金(51075203，51105197)

7、；南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目(NS2010033)*通讯作者Tel．：025．84892411E—mail：hnie@nuaaedu．∞手I用格武i冯飞．常正．聂宏．等．飞机柔性对前起落絮摆振的影响分粝[JI．航空学报·201f·32(12)；2227-2235．FengFei．ChangZheng．／VieHong．etal．Analysisofinfluenceofaircraftflexibilityonnasalandinggearshimmy￡JJ．ActaAeronaut／caetAstronau-ticaSinica。20

8、1，32(12)

9、：2227—2235．航空学报Dee252011V01．32No121多体动力学基本理论1．1多刚体系统动力学方程应用拉格朗日待定乘子法，多刚体系统的动力学方程为『M叫”]：『兀q，g，幻](1)L①口0JLA．JLyJ式中：蛾为系统约束方程的雅可比矩阵；M为质量矩阵；A为拉格朗日乘子；；为加速度；F(q，奇，≠)为作用力，毒和q分别为系统的速度与位移；y为加速度公式中的二阶导数项。每个刚体的运动用7个广义坐标[zYze。e，e：e。]描述，其中欧拉四元数Ce。e。P：e。]用于描述刚体在空间的姿态。这有效解决了采用欧拉角或科比角可能产生