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关于飞行器起落装置动力学虚拟试验探讨

张岚清

北京飞机维修工程有限公司华北航线中心大连分公司

摘要: 在飞机上设计中起落架的设置是十分重要的,在传统的起落架动力实验当中主要会分成以下两个部分,分别是落震和摆振,传统实验的主要特点为需要较高的实验成本以及较长的实验时间。但是随着计算技术的不断发展,虚拟实验的仿真技术开始逐渐地运用在了起落架的设计和仿真上。基于此本文将会针对直升机起落架为典例,结合数值,将数值分析和多体动力学仿真方法应用到该实验当中,从而对该起落架进行详细的分析,对起落架的虚拟实验的软件平台进行开发。
关键词: 起落装置;虚拟试验;缓冲器
DOI:10.12721/ccn.2021.159027
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近些年来随着计算机技术的不断发展,虚拟现实技术被开发出来并且被更多地应用在民用和军事领域当中,在这个过程中,对其进行使用且受益最多的就是飞机行业和生产行业,通过对该技术的引用,飞机行业和生产行业的设计方法显得更为灵活,不仅可以对研发的成本进行降低还可以缩短研制的周期,与此同时飞机的设计水平也得到了一定的提高,近些年来设计人员越来越重视对仿真技术的设计,而人们对仿真软件的开发随着虚拟现实技术的发展下加大了其开发的力度,因此仿真软件开始在近些年获得了较好地发展。

1虚拟试验概述

对虚拟实验进行具体的概括,就是其实验的整体构造都没有对实际的硬件来完成或者是在实验中有一部分的硬件并没有用到实际的硬件来完成,任何使用该种方法来完成的实验都可以被称为是虚拟试验。尤其是如今是科学技术飞速发展的时期,随着科学地发展影响下其虚拟试验的概念也发生了较大的改变。如今对虚拟试验的定义是根据具体的虚拟试验环境来决定的。一般情况下,虚拟试验环境的建立主要是利用相关的软件对虚拟仿真环境系统进行建立而成的,该系统的主要作用是对虚拟产品进行相关的测试。具体的试验是通过对实验分析技术和交互式技术的应用,该系统设计人员可以在产品设计的初级阶段,也就是还没有设计出实际产品的时候对该虚拟茶品的各方面性能进行检测和评估。而虚拟试验就是对计算机中的某个软件进行使用代替实物硬件从而创建符合试验要求的虚拟试验环境。而被测对象则是可以利用虚拟试验环境来实现各种相关的试验,通过试验所得到的试验数据和真实的数据是较为接近的,对实际的被测对象具有一定的参考作用。在进行虚拟试验的过程中会使用到的技术有以下三种分别是虚拟仪器技术、虚拟现实技术以及计算机仿真技术。对于虚拟试验的发展历史来说,其虚拟试验一共经历了思想试验、计算机仿真和虚拟现实三个阶段。在对飞机起落架进行设计时,缓冲器的选择是十分重要的,对它的选择需要经过使用落震试验来达成,通过该实验选择出来的缓冲器在性能上会更加符合设计要求。在本文的试验过程中,主要是以某一个直升机起落架为典例,利用CATIA建立三维建模,进行仿真试验和分析,为缓冲性能做好了充足的准备。

2起落架落震三维模型建立

2.1起落架落震力学模型

对起落架的落震动力学模型进行建立时可以对其进行简化,例如将其简化成二质量模型。缓冲器的结构主要是在缓冲器的上面主要是集体的质量,而在缓冲器之下则主要是轮胎、刹车装置以及起落架结构的质量。在缓冲器连接处的上下可以分成两部分质量,这两部分的质量主要是提供了空气弹簧力、油液阻尼力和摩擦力;而缓冲器的下部分质量和地面之间则主要是来自轮胎所提供的竖向和水平方向的弹簧力和阻尼力,当缓冲器在着陆时没有发生弹跳的情况时,其阻尼力和弹簧力之前的会呈现出线性变化,力学模型如下面的图2.1所示。1.png2.2起落架与落震试验台三维模型

起落架系统包含较多子系统,如刹车系统、收放系统、转向系统、缓冲系统等。若完全按照实际建模,不仅繁琐复杂,增加计算负担,而且对仿真结果精度没有明显影响,同时给后续修改带来不便。最终,运用以上简化原则,起落架简化后分为以下几个部分:外筒、活塞杆、摇臂、轮胎四个部件。

2.3缓冲器构型及原理

缓冲器有两种基本类型:由钢片或橡皮制成的固体弹簧缓冲器;由气体或油液组成的流体弹簧缓冲器;由两种介质混合的油气缓冲器。2.png 图2.3  缓冲器结构

图2.3中蓝色代表干燥气体,黄色代表油液。正行程时,活塞杆受力压缩,将油液从下至上通过油孔压入气腔,使空气压缩,空气弹簧力增大,同时油液通过油孔时发生能量损失。反行程时,活塞杆被空气弹簧力推出,将油液从上至下通过油孔压入油腔,空气弹簧力减小,油液通过小孔耗散能量。

3结语

在本文中主要是对起落装置的落震和摆振虚拟试验进行了详细的研究,与此同时对缓冲器的性能进行了进一步的优化。也正是在这样的实验基础上对虚拟试验平台进行了建立,使得虚拟试验的流程变得更加简单化,很大程度上提高了实验的设计效率。在本次的实验过程中其实验价值主要可以通过以下几个方便加以体现。

(1)针对起落架的虚拟试验,本文的实验主要是针对飞机的起落架部分进行了仿真试验并没有针对整个的飞机进行分析。在其实验的过程中可以对整个飞机进行建模,然后对飞机的各种着陆仿真情况加以分析,从而确定起落架落震的性能。

(2)本文中对缓冲性能的优化主要是通过对主油孔的优化进行了详细的分析。在接下来的工作中可以对各种会影响到缓冲器性能的参数加以研究,例如缓冲器的结构参数或者是节流阀的参数等。

(3)在对起落架摆振虚拟进行试验的过程中,本文试验主要对油液活塞式阻尼减摆器加以应用。在试验中使用了形式不同的多种减摆器。在本次试验过程中发现在实验的过程中应当注意非线性阻尼这一因素会对摆振造成多大的影响。

(4)在本文中对起落架虚拟试验平台进行了开发,其模型库的建立主要是以几种较为常见的起落架构缓冲器构型为依据所建立的,一次其模型的种类并不够全面。因此建议在以后的研究当中可以对软件的扩展性进行研究,这样才能实现将新的起落架和缓冲器的构型加入该软件当中。

参考文献

李晓霏.飞行器起落装置动力学虚拟试验研究[D].2017.

向树红.航天飞行器动力学虚拟试验技术研究[D].

张辽,官巍,王纲,等.直升机着舰起落装置动力学仿真建模研究[J].系统仿真学报,2015(08):43-48+53.