張里偉，胡益富，侯 方，夏佳麗

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

為了研究飛機著陸的關(guān)鍵技術(shù)，對真實的飛機系統(tǒng)進行多次的試驗是一種方法，然而這種方法需要大量試驗，不僅耗費巨大，而且存在巨大的風險，因此有必要對全機落震過程進行計算機仿真分析,用所建立的模型通過仿真替代某些試驗。所謂仿真就是為了分析與研究已存在或者尚未建成的系統(tǒng)，建立該系統(tǒng)的模型，并通過程序語言或者軟件進行計算的過程。用所建立的模型進行相關(guān)的動力學環(huán)境研究來替代某些試驗，一方面可以節(jié)省時間和費用，另一方面還可以給出一些試驗測試難度較大的數(shù)據(jù)，且可以在必要時及時改進設(shè)計，得到符合標準的設(shè)計。由此可見，準確可靠的仿真分析不但可以大大減少設(shè)計周期，還可以降低研究費用，并且為新型號或現(xiàn)有機型的改進提供可供參考的依據(jù)。某型飛機全機落震受力狀態(tài)非常復雜，準確而完整的建模是進行動力學環(huán)境研究的基礎(chǔ)，本文建立了剛?cè)狁詈先珯C模型，通過MSC.AD MAS進行動力學仿真，得到了飛機落震過程中前起落架、主起落架相關(guān)的特征曲線，以及飛機重心處三個方向的過載。

1 動力學建模

本文利用MSC.ADMAS分別建立柔性體機身、輪胎、前起落架、主起落架、地面等部件，最后將其組裝成全機剛?cè)狁詈蟿恿W模型，建模流程如圖1所示。

圖1 全機剛?cè)狁詈辖Ａ鞒虉D

動力學建模中輪胎文件，地面文件需要預(yù)先編寫數(shù)據(jù)卡片，軟件默認的輪胎剛度為線性剛度，若需要將輪胎建為非線性輪胎，則需要輸入相應(yīng)的非線性剛度參數(shù)，本文預(yù)先編寫了輪胎數(shù)據(jù)卡片。起落架模型較為復雜，其中起落架的搖臂及連接結(jié)構(gòu)采用較為簡單的圓柱體來建模，而緩沖器部分則采用類似活塞的結(jié)構(gòu)來模擬，其中起落架的載荷通過非線性彈簧來模擬?；钊Y(jié)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)體來建模，其中，起落架-輪胎模型中一些關(guān)鍵位置需要定義不同的運動副，例如起落架支柱與套筒之間需要添加平移副，而輪胎與輪軸之間需要添加旋轉(zhuǎn)副等，需要特別注意的是活塞結(jié)構(gòu)的接觸，實際的接觸參數(shù)需要通過試驗獲得，這里要根據(jù)分析需求來調(diào)整各個參數(shù)，以保證仿真數(shù)據(jù)的準確性。起落架模型如圖2、圖3所示。將上述各部件連接到柔性體機身上，得到全機剛?cè)狁詈蟿恿W模型，如圖4所示。

圖2 前起落架模型

圖3 主起落架模型

圖4 全機剛?cè)狁詈蟿恿W模型

2 全機落震動力學仿真分析

2.1 起落架落震性能檢查

為了檢驗所建立的起落架模型的正確性，進行了單個起落架的落震分析。表1給出了分析所施加的工況。

表1 起落架分析工況

1）前起落架動態(tài)響應(yīng)分析

圖5、圖6為前起落架落震過程中的特征參數(shù)變化曲線。由圖5、圖6可知，前起落架輪心處位移最大值為0.474m，緩沖器壓縮量最大值為0.414m，地面載荷最大值為146kN。其中yc為起落架重心處位移，sh為起落架緩沖器壓縮量，py為地面載荷。

圖5 前起落架py、sh和yc時域曲線

圖6 前起落架功量圖

2）主起落架動態(tài)響應(yīng)分析

圖7、圖8為主起落架落震過程中的特征參數(shù)變化曲線。由圖7、圖8可知，主起落架輪心處位移最大值為0.564m，緩沖器壓縮量最大值為0.176m，地面載荷最大值為266kN。

圖7 主起落架py、sh和yc時域曲線

圖8 主起落架功量圖

2.2 全機落震動力學仿真分析

將測試好的起落架安裝在柔性機身上建立全機落震剛?cè)狁詈夏Ｐ汀ＤＰ统跏脊r見表2。本文以工況1為例進行模擬。圖9所示為全機落震在整個分析過程中典型時刻的運動狀態(tài)。

圖9 典型時刻全機落震狀態(tài)

表2 全機落震分析工況

圖10和圖11為全機落震過程中前起落架的特征參數(shù)變化曲線；圖12和圖13為主起落架的特征參數(shù)變化曲線；圖14~圖16為落震過程中發(fā)動機重心處三個方向的過載。

圖10 全機落震前起落架py、sh和yc時域曲線

圖11 全機落震前起落架功量圖

圖13 全機落震主起落架功量圖

圖14 全機落震發(fā)動機重心處X方向過載

圖16 全機落震發(fā)動機重心處Z方向過載

圖15 全機落震發(fā)動機重心處Y方向過載

表3與表4對落震狀態(tài)下的前起落架與主起落架的主要參數(shù)進行了歸納與比較，表5給出了發(fā)動機重心處過載最大值的比較。從表中可以看出，三種工況下，前起落架的接地速度都較小，而且其緩沖器壓縮行程都小于停機壓縮量，所以其地面載荷也相對較小。工況3條件下的主起落架地面載荷較大，超過了給定的輪胎地面載荷范圍。由于落震分析時，飛機各個部分主要在Y方向運動，所以發(fā)動機重心處的過載也主要集中在Y方向，在工況3條件下達到了最大的12.63g。

表3 前起落架各個參數(shù)最大值比較

表4 主起落架各個參數(shù)最大值比較

表5 發(fā)動機重心處過載最大值比較

3 結(jié)論

本文介紹了全機落震的建模過程，測試了起落架與非線性輪胎的準確性，從而保證了全機落震仿真數(shù)據(jù)的準確性。通過全機落震仿真分析得到了起落架在全機落震過程中的特征參數(shù)變化曲線以及飛機落震過程中重心處的過載變化曲線，分析結(jié)果顯示，機體在整個運動過程中的運動狀態(tài)符合實際觀測經(jīng)驗。