張斌 徐方舟 張慶利 孔文秦

摘 ?要：文章研究了航天器著陸緩沖器的設(shè)計(jì)及分析方法，從工程設(shè)計(jì)到仿真分析兩個(gè)方面探討了航天器前著陸緩沖器研制過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了設(shè)計(jì)及分析過(guò)程中需要重點(diǎn)解決的幾個(gè)主要問(wèn)題。并結(jié)合某型前著陸緩沖器的一組設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了仿真計(jì)算，用計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性和有效性。

關(guān)鍵詞：前著陸緩沖器;工程設(shè)計(jì);仿真分析

中圖分類(lèi)號(hào)：V525 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0078-02

Abstract： In this paper， the design and analysis method of the landing gear of spacecraft is studied. The key technologies in the process of developing the landing gear is summarized from two aspects： engineering design and simulation analysis. Several main problems that need to be solved in the process of design and analysis are summarized. Combined with a set of design parameters of a certain type of landing gear of spacecraft， the simulation calculation is carried out， and the calculation results are used to verify the accuracy and validity of the design scheme.

Keywords： landing gear of spacecraft; engineering design; simulation analysis

1 概述

本文給出了一種航天器前著陸緩沖器的設(shè)計(jì)方案，針對(duì)該方案進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)后得到的一組設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行緩沖性能仿真分析。借助LMS Virtual.Lab 10軟件建立了著陸架動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行了仿真計(jì)算，對(duì)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 前著陸緩沖器的設(shè)計(jì)

前著陸架緩沖器主要由外筒、活塞桿、扭力臂、阻尼閥、浮動(dòng)活塞、凸輪等組成，如圖1所示。緩沖支柱采用油-氣分離式結(jié)構(gòu)，浮動(dòng)活塞安裝于活塞桿孔內(nèi)將緩沖支柱分為上、下腔，上腔為油腔，下腔為氣腔。阻尼閥安裝在活塞桿桿頭，緩沖支柱工作時(shí)油液流經(jīng)阻尼閥上小孔實(shí)現(xiàn)緩沖。

前著陸架緩沖器主要的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

3 著陸架動(dòng)力學(xué)模型

采用商業(yè)軟件LMS Virtual.Lab 10進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，在軟件中搭建前著陸架動(dòng)力學(xué)模型：

（1）各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)按照實(shí)際落震時(shí)的自由度進(jìn)行創(chuàng)建。

（2）輪胎采用“Complex Tire”。

（3）緩沖支柱軸向力按常規(guī)分析方法分為三個(gè)部分組成：空氣彈簧力fa、油液阻尼力fd和摩擦力ff。此外，在緩沖支柱全伸長(zhǎng)和全壓縮狀態(tài)下，還存在結(jié)構(gòu)限制力[1]，其中：空氣彈簧力、油液阻尼力和摩擦力由式（1）-（3）得出。

Aa-緩沖器氣室有效壓氣面積;P0-緩沖器初始充氣壓力;Patm-當(dāng)?shù)卮髿鈮?μm-皮碗當(dāng)量摩擦系數(shù);ν-空氣壓縮多變指數(shù);ρ-油液密度;Ah-緩沖器有效壓油面積;Ad、Ad1-正反行程時(shí)主油孔面積;Cd、Cd1-分別為正、反行程時(shí)主油孔縮流系數(shù);Ahs、Cds-分別為回油腔有效壓油面積和油孔縮流系數(shù);An、An1-分別是正、反行程時(shí)回油腔油孔總面積;μb-庫(kù)侖摩擦系數(shù);Nu、N1-分別為緩沖支柱上下支撐點(diǎn)處產(chǎn)生的正壓力。

4 仿真分析結(jié)果

通過(guò)調(diào)整輪胎充氣壓力、氣腔體積以及正、反行程阻尼孔直徑來(lái)優(yōu)化起落架落震緩沖性能。經(jīng)多次迭代設(shè)計(jì)后，緩沖器可得到了一組滿足緩沖性能要求的設(shè)計(jì)參數(shù)。

針對(duì)設(shè)計(jì)著陸工況進(jìn)行包含機(jī)輪帶轉(zhuǎn)的起落架落震仿真分析。

緩沖器載荷隨時(shí)間變化曲線如圖2所示。由曲線可見(jiàn)，著陸架無(wú)跳離地面的現(xiàn)象，油峰載荷為23951N，氣峰載荷為23591N，兩者偏差很小。

緩沖器載荷隨行程變化曲線如圖3所示，由曲線可看出緩沖器功量圖飽滿，緩沖器效率達(dá)到88.3%。

通過(guò)分析落震仿真計(jì)算結(jié)果，緩沖器最大行程為188.255mm，小于緩沖器設(shè)計(jì)最大行程的90%（193.5mm），滿足使用需求。經(jīng)過(guò)三個(gè)行程的正向、反向緩沖耗能，緩沖器恒定在停機(jī)壓縮量左右。同時(shí)，緩沖器第一個(gè)正、反行程共用時(shí)0.39s，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范中小于0.8s的設(shè)計(jì)要求。緩沖器氣峰最大載荷為23591N，油峰載荷為23951N，油峰、氣峰載荷較為接近，緩沖器緩沖性能比較理想。

5 結(jié)論

本文給出了一種航天器前著陸緩沖器的設(shè)計(jì)方案，并且對(duì)該方案的緩沖性能進(jìn)行了仿真分析。分析結(jié)果表明：該緩沖器設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)參數(shù)可以解決著陸架跳起現(xiàn)象，同時(shí)滿足落震載荷、過(guò)載及效率等緩沖性能的要求。

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