发布时间 : 星期二 文章A320主起落架收放原理分析及运动仿真 - 图文更新完毕开始阅读
中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文
国内起落架的研究软件主要有南京航空航天大学和西北工业大学共同开发的起落架设计分析软件系统LCAE，功能比较强大，能进行结构布局设计、起落架机构运动分析或应力分析、有限元总体应力分析、变形及载荷分析、缓冲性能分析、损伤绒线分析、及破坏危险性分析。可以实现图形及文本的前处理功能、后处理功能、分析程序的过程处理功能。另外还有南京理工大学和沈阳飞机研究所的起落架设计专家系统ALGDES，它能进行结构布局设计和强度分析、系统空间位置造型仿真机干涉分析，它建立了起落架设计的知识表示形式和组织形式，即专家系统。北京航空航天大学和西北工业大学都做过起落架防滑刹车系统的机械装置和仿真软件。有人研究了飞机接地时所受到的加速度的计算方法[6]，介绍了最大过载对飞行、起落架和气动力参数的敏感性。从国外文献上来看，有的从动能的角度研究了起落架摆振，还有的对在各种条件下的起落架性能进行了仿真，主要是在载荷及变形方面给予仿真。
在起落架行业，国外在大力开展起落架理论与专题研究的基础上，发展和推广应用起落架现代设计技术。在与现代设计技术密切相关的起落架专业理论研究方面，国外从六十年代开始，己做了大量专题研究工作。如DAUTI等公司从六、七十年代起对起落架结构进行了大量实验与理论研究，在此基础上形成了一套行之有效的规范和方法。美国国家研究委员会(NRC)、朗利(Langly)研究所在七、八十代就已把有限元、模态分析技术、多体动力学和主动控制技术引入起落架问题研制中，提出了一系列新理论与分析方法。在可靠性方面，美、英、德等国的主要起落架生产厂商已分别拥有了自己的起落架可靠性设计体系，并应用于产品研制、生产中。这些起落架专题研究提供的先进理论成果，为国外起落架现代设计技术的开发与应用提供了专业理论支撑。在综合运用起落架先进理论研究成果与一般现代设计技术研究成果的基础上，国外早己开发出了一整套成熟的起落架现代设计技术及相应的起落架专业CAD/CAE一体化软件工具，并已推广应用于起落架产品研制中，取得巨大效益。德国航空宇航研究院在研制起落架中就开发与运用了起落架动态仿真与优化CAD/CAE集成软件系统SIMPACK。在研制的初步阶段，根据起落架的设计要求，由起落架的模型库滑跑、刹车、牵引、转弯等方面的动态力学数学模型，用计算机精确地模拟起落架的上述性能(以往都是大量的试验来确定研制中的起落架的性能)，然后再对一些主要部件进行最优设计。由于开发与应用了起落架现代设计技术，研制样品的费用与周期大为降低。意大利DAUTI公司70年代就已建立了起落架CAD/CAE系统，并应用于各种起落架产品研制中。
从检索到的文献来看，在起落架仿真方面的研究主要都是集中在某一个机构或部件上
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的。比如缓冲器的缓冲性能分析、滑落摆振分析、防滑刹车的研究，但是在起落架一体化的运动特性仿真研究中，各个分布质量所受到的力、速度、加速度的大小等等动力学特性仿真研究却涉及的很少，而这些也是起落架整体特性的关键。有的虽然在起落架一体化仿真方面做过研究，但都仅限于结构布局设计，机构运动分析。
1.3 研究内容
内容本文首先介绍了可收放式起落架，并介绍了起落架的各种收放形式，以空客A320为例，详细分析了起落架的收放原理。使用三维软件Pro/E制作出A320主起落架各个部件的三维模型，并组装成起落架的三维模型，进行主起落架运动仿真模拟。 其主要内容有：
（1）总结了起落架的各种结构形式及收放方式，针对A320飞机起落架的收放机构进行了功能原理和收放运动分析。
（2）介绍CAD/CAE技术，应用pro/E软件[4]建立了A320飞机主起落架的零部件的三维模型，并进行了装配。
（3）使用Pro/E软件中的“机构”功能，对A320主起落架进行运动仿真。 （4）总结本文,详细介绍本次设计的心得。
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第2章 起落架收放运动分析
2.1 起落架简介
起落架是飞机的起飞着陆装置，主要用于飞机的起飞、着陆、地面滑跑和地面停放。飞机在起飞滑跑、着陆接地和地面运动时会相对于地面产生不同程度的撞击，起落架应能承受并减缓这种撞击，从而减轻飞机受载。起落架还应使飞机在地面运动时具有良好的操纵性和稳定性。为了降低飞机在飞行时的阻力，起落架通常是可折叠收放的[5]。
起落架的基本功能可归纳如下：
① 支撑飞机机体，使之便于停放和运动。 ② 通过缓冲器吸收撞击能量。
③ 通过机轮刹车装置吸收水平方向能量。
④ 通过转弯操纵机构或者差动刹车控制飞机转弯和地面运动。 ⑤ 减缓飞机滑跑时由于跑道不平导致的振动。
其它功能有：为地面操纵(牵引、顶吊)提供附件，通过起落架测量飞机重量与重心，对飞机装载量提供目测指示，通过折叠收放减低气动阻力，在起落架支柱上安装着陆灯，为驾驶员提供收放信号，为舱门机构提供连接凸耳等。
总之，起落架的作用是在飞机着陆运动状态时吸收着陆能量、减缓滑行振动以便使乘员不感到不适。
起落架在飞机上的分布形式一般有以下几种：前三点式、后三点式、自行车式和多点式。前三点式，起落架的两个支点（主轮）对称地安置在飞机重心后面，第三个支点（前轮）位于机身前部。具有前三点式的飞机，地面运动的稳定性好，前进时不会打转，易于转弯，起飞和着陆时失业好，所以目前大多数飞机为前三点式。后三点式，起落架的两个支点在飞机重心前面，第三个支点在飞机重心之后。此种方式的起落架构造简单，重量轻，但飞机的稳定性较差，飞机容易打转。自行车式起落架的两组机轮分别安置在机身的下部、飞机的重心前后，另有两个辅助轮对称地装在左右机翼下。多点式起落架常用于一些重型飞机，如波音747,、空客A380等等，它由前起落架、两个机体起落架和两个机翼起落架构成。
起落架的结构形式主要分以下几种[6]： （1）构架式起落架
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构架式起落架通过一套承力构架与机翼或机身连接。承力构架中的缓冲支柱及其他杆件都是相互铰接的，当起落架收到地面反作用力时，他们只承受拉伸或压缩的轴向力，不承受弯矩，因此结构重量较轻，构造较简单，在一些轻型低速飞机上采用得较多。但这种起落架的外廓尺寸大，很难收入飞机内部，因而它的发展受到限制，在高速飞机上已经不采用。
（2）支柱套筒式起落架
支柱套筒式起落架是有外筒和活塞杆套接起来的缓冲支柱，机轮直接连接在支柱下端，支柱上段固定在机体骨架上。其承力支柱和缓冲器是一体。
支柱套筒式起落架比构架式起落架体积小，容易做出可收放的形式。但是这种起落架承受水平撞击时，缓冲支柱不能很好地起缓冲作用。因为当缓冲支柱受到正面来的水平撞击时，水平撞击力使支柱承受较大的弯矩，而不能很好地使支柱受到压缩。当缓冲支柱受到较大弯曲作用时，活塞杆和外筒接触点（支点）产生较大的摩擦力。这样不仅使缓冲支柱的密封装置磨损，产生漏油现象，而且它的工作性能也要受到影响。
现代飞机起落架一般都采用支柱套筒式起落架。本文在模拟的模型也是支柱套筒式起落架。
（3）摇臂式起落架
摇臂式起落架的机轮通过一个摇臂悬挂在承力支柱和缓冲器下面。
当起落架承受水平和垂直撞击载荷时，都可以使缓冲器受到压缩，从而具有水平和垂直方向的缓冲效果。而传力过程中，缓冲器只承受轴向力，不承受弯曲作用。摇臂式起落架与支柱套筒式起落架相比较，具有以下优点：缓冲器不受弯矩，只承受轴向力，所以密封性比较好，不易漏油，摩擦力较小；吸收正面来的水平撞击载荷的性能较好等等。
摇臂式起落架也有不少缺点。例如，构造比较复杂，缓冲器及接头受力较大，重量一般较重。因此一般不易在重型飞机上使用。
起落架的收放系统是起落架的重要系统之一，对起落架收放系统的要求是：起落架收放机构的时间应符合要求；保证起落架在手上和放下时都能可靠地锁定，并能使驾驶员了解起落架的收放情况；收放机构必须协调工作，是起落架收放、锁和舱门等能按照一定的顺序工作。系统应在不安全着陆时间向机组发出警告；在正常收放系统故障时，应有应急放下系统。为防止飞机在地面上起落架被意外收起，系统应设置地面防止误起得安全措施。
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