發(fā)布時間：2020-06-23 12:03

【摘要】：飛機(jī)起落架的主要功用之一在于吸收并耗散飛機(jī)著陸撞擊的能量。在大型客機(jī)起落架上,實現(xiàn)這一功用的部件是緩沖器。本文從高品質(zhì)油氣式緩沖器設(shè)計技術(shù)的角度切入,針對大型客機(jī)機(jī)體彈性的特點,研究了起落架在著陸時垂向和航向的動態(tài)特性,完善了在方案設(shè)計階段中緩沖性能設(shè)計的研究方法,包括了理論建模、仿真分析和工程估算。本文研究成果對指導(dǎo)起落架緩沖器的設(shè)計和分析,提高起落架的緩沖性能具有重要的意義。首先,在起落架的結(jié)構(gòu)動力學(xué)的研究領(lǐng)域,機(jī)翼和起落架的支柱結(jié)構(gòu)常簡化為梁結(jié)構(gòu),且機(jī)翼與機(jī)身的連接關(guān)系與翼掛結(jié)構(gòu)(如翼吊發(fā)動機(jī))均對機(jī)翼和起落架的動力學(xué)特性有影響。如何解決這類工程問題在先前文獻(xiàn)中未見報道。提煉出主要因素,將工程化的問題抽象成理論化的問題。運用了傳遞矩陣法和參數(shù)變異法對Timoshenko梁、Rayleigh梁和Shear梁的橫向自由振動模型進(jìn)行了推導(dǎo),分析了鉸支座、集中質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量等復(fù)雜邊界條件的情形,進(jìn)而給出了帶有復(fù)雜邊界條件的多跨梁的橫向自由振動的一般格式。在其簡化的Euler梁的情形下對三個有工程實踐意義的模型進(jìn)行了推導(dǎo)。結(jié)果表明,三個模型的頻率方程的結(jié)果與已有文獻(xiàn)的結(jié)果相比具有很好的一致性。并運用有限元方法對兩個模型進(jìn)行了算例分析。結(jié)果表明,該方法提出的公式計算的一階頻率與有限元方法得出的一階頻率之差小于5%,提出的模型是合理可用的。其次,基于能量法將機(jī)體結(jié)構(gòu)等效成Euler梁,通過有限元的建模并分析某大型客機(jī)機(jī)體的一階頻率,結(jié)果表明,二者相差為3.1%。對彈性機(jī)體進(jìn)行了基于等效質(zhì)量-彈簧-阻尼的建模,對起落架著陸時的受力情況進(jìn)行了介紹,并對起落架緩沖器內(nèi)部因密封件引起的摩擦力進(jìn)行了探討,進(jìn)而將起落架著陸模型推廣到全機(jī)四自由度著陸模型,擴(kuò)展了原有的著陸動力學(xué)模型。將彈性機(jī)體的有限元模型導(dǎo)入到動力學(xué)仿真程序中進(jìn)行著陸仿真分析,對機(jī)體彈性、模態(tài)疊加、安裝點位置和翼吊發(fā)動機(jī)等影響因素進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,機(jī)體彈性彈性與阻尼吸收在一定程度上耗散了部分飛機(jī)著陸功量,令輪胎與緩沖器的吸收功量進(jìn)一步降低,由此可知,在對彈性機(jī)體起落架進(jìn)行設(shè)計的過程中,需要將機(jī)體彈性這一因素考慮在內(nèi),否則所設(shè)計的緩沖器無法全面彰顯其作用和性能,極易造成起落架重量增大等相關(guān)問題。起落架和外掛如果布置在節(jié)線附近,機(jī)體的彈性對其工作性能的影響會變小。再次,考慮外筒和輪胎對起轉(zhuǎn)、回彈載荷的影響,建立了起落架航向載荷分析模型,完善了起落架緩沖支柱的剛度計算公式。介紹了起落架的起轉(zhuǎn)、回彈載荷試驗,模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較,二者相差不超5%,驗證了模型的正確。研究了起落架起轉(zhuǎn)、回彈載荷的仿真分析方法,對輪胎的徑向剛度進(jìn)行了仿真分析。進(jìn)行了緩沖支柱的網(wǎng)格劃分,進(jìn)而導(dǎo)入到動力學(xué)仿真程序中進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明,隨著觸臺速度或者投放功量的增加,摩擦系數(shù)有減小的趨勢;不同粗糙度的臺面和輪胎規(guī)格對起轉(zhuǎn)回彈載荷的大小有影響;隨著胎圈著合直徑的增大,起轉(zhuǎn)和回彈載荷均有減小。接著對起落架著陸動力學(xué)進(jìn)行了簡化建模,通過解析格式對起轉(zhuǎn)、回彈載荷的工程估算方法進(jìn)行了分析,與目前專業(yè)技術(shù)手冊上的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,其更接近試驗數(shù)據(jù),說明了其合理性和可用性。然后,圍繞起落架緩沖系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行研究,先對現(xiàn)有的起落架緩沖器參數(shù)工程估算方法進(jìn)行了改進(jìn)。接著對緩沖器參數(shù)進(jìn)行敏感性分析和回歸分析,進(jìn)而基于分析模型進(jìn)行起落架緩沖性能的多目標(biāo)的優(yōu)化分析,結(jié)果表明,緩沖支柱力比優(yōu)化前下降了3.11%;基于代理模型進(jìn)行起落架航向載荷的優(yōu)化分析,確定設(shè)計參數(shù)。此外,基于試驗數(shù)據(jù)對起落架緩沖系統(tǒng)中部分經(jīng)驗參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)擬合,結(jié)果表明,多變指數(shù)為1.127,縮流系數(shù)為0.839,緩沖系統(tǒng)效率為67.3%,且相應(yīng)的回歸方程的擬合精度很高。最后,將數(shù)字化工程的方法,應(yīng)用到大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)的方案設(shè)計中,開發(fā)了參數(shù)計算、緩沖性能、二次開發(fā)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等方面的程序,并給出了在方案設(shè)計階段,大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)的設(shè)計方案。采用程序流圖和數(shù)據(jù)流圖對程序進(jìn)行了說明,運用建模和數(shù)據(jù)庫工具進(jìn)行了程序建模和數(shù)據(jù)存儲等操作,提高了技術(shù)人員在方案設(shè)計階段對緩沖系統(tǒng)的設(shè)計效率。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V226
【圖文】：

（4）輪胎動力學(xué)先前起轉(zhuǎn)、回彈載荷的研究未涉及輪胎的縱向剛度問題。而輪胎也是緩沖系統(tǒng)的重要組成部分，其性能對起轉(zhuǎn)、回彈載荷有影響。航空輪胎屬于特殊輪胎范疇，其單胎負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)汽車輪胎所承受的負(fù)荷，在飛機(jī)著陸沖擊的一剎那，輪胎需要承受非常大的沖擊力，在飛機(jī)起飛著陸時，不僅要支撐飛機(jī)重量，還要實現(xiàn)快速變速。而這就需要航空輪胎具有良好的耐磨性、耐熱性以及制動性等性能特征。整體來講，相對于一般的汽車輪胎，在研發(fā)技術(shù)、成品標(biāo)準(zhǔn)以及可靠性能等方面，航空輪胎的要求普遍更高一些，不過在發(fā)展速度和應(yīng)用現(xiàn)狀等方面，航空輪胎不如一般的汽車輪胎。飛機(jī)行業(yè)的特殊性對重復(fù)使用提出了非常高的標(biāo)準(zhǔn)與要求，此行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與變革在一定程度上催生了新結(jié)構(gòu)航空輪胎的出現(xiàn)。1983 年中旬左右，米其林等貴公司率先設(shè)計出了新型子午線航空輪胎，這意味著航空輪胎進(jìn)入了一個新的發(fā)展時代。相較于斜交航空輪胎，子午線航空輪胎的結(jié)構(gòu)作了很大改變，具體表現(xiàn)為三點：一是和于子午線方向保持平行關(guān)系的胎體存在一個一定夾角的帶束層；二是子午線方向的胎體存在一個一定夾角的帶束層；三是帶束層以及胎體簾線的剛度等部分參數(shù)作了一些改變，相對于斜交航空輪胎，子午線航空輪胎不僅質(zhì)量輕、變形程度小，并且生熱低、耐久性能佳等。

（4）輪胎動力學(xué)先前起轉(zhuǎn)、回彈載荷的研究未涉及輪胎的縱向剛度問題。而輪胎也是緩沖系統(tǒng)的重要組成部分，其性能對起轉(zhuǎn)、回彈載荷有影響。航空輪胎屬于特殊輪胎范疇，其單胎負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)汽車輪胎所承受的負(fù)荷，在飛機(jī)著陸沖擊的一剎那，輪胎需要承受非常大的沖擊力，在飛機(jī)起飛著陸時，不僅要支撐飛機(jī)重量，還要實現(xiàn)快速變速。而這就需要航空輪胎具有良好的耐磨性、耐熱性以及制動性等性能特征。整體來講，相對于一般的汽車輪胎，在研發(fā)技術(shù)、成品標(biāo)準(zhǔn)以及可靠性能等方面，航空輪胎的要求普遍更高一些，不過在發(fā)展速度和應(yīng)用現(xiàn)狀等方面，航空輪胎不如一般的汽車輪胎。飛機(jī)行業(yè)的特殊性對重復(fù)使用提出了非常高的標(biāo)準(zhǔn)與要求，此行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與變革在一定程度上催生了新結(jié)構(gòu)航空輪胎的出現(xiàn)。1983 年中旬左右，米其林等貴公司率先設(shè)計出了新型子午線航空輪胎，這意味著航空輪胎進(jìn)入了一個新的發(fā)展時代。相較于斜交航空輪胎，子午線航空輪胎的結(jié)構(gòu)作了很大改變，具體表現(xiàn)為三點：一是和于子午線方向保持平行關(guān)系的胎體存在一個一定夾角的帶束層；二是子午線方向的胎體存在一個一定夾角的帶束層；三是帶束層以及胎體簾線的剛度等部分參數(shù)作了一些改變，相對于斜交航空輪胎，子午線航空輪胎不僅質(zhì)量輕、變形程度小，并且生熱低、耐久性能佳等。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2727304