大柔性飞机起落架缓冲器设计研究

论文摘要

现代飞机的发展,如运输机的大型化、适应技术要求的超薄型或大展弦比机翼结构等,使得飞机机体柔性越来越大,对飞机着陆滑跑缓冲系统的动力学特性产生重大影响。但是,在大柔性飞机起落架缓冲器参数设计阶段考虑机体柔性的设计方法尚未见报导,机体结构柔性对飞机着陆滑跑缓冲系统性能影响的研究还不够深入。另外,现代武器对机场跑道的攻击力越来越强,无论是刚性飞机还是柔性飞机,提高其通过弹伤抢修跑道的能力是战时发挥空中力量的重要因素。因此现代军用飞机起落架缓冲器参数设计必须考虑机体柔性和通过弹伤抢修跑道能力这两个突出问题。基于提炼主要因素、建立简化模型、启发设计创新思维的研究理念,本文建立了反映机体柔性的机体多质量块等效模型,为大柔性飞机起落架缓冲器参数设计、落震试验设计以及着陆滑跑性能的快速分析提供了基础。运用柔性飞机机体多质量块等效模型,在起落架缓冲器参数常规设计方法的基础上,提出了基于机体储存能量预估的着陆功量分配缓冲器参数设计迭代法。设计示例及校核计算结果表明此法对机体储存能量预估精度满足工程设计要求、需要迭代次数少、计算效率高,具有一定的理论和应用价值。数值分析结果说明机体结构对飞机着陆功量的吸收,虽可以降低起落架载荷,但又影响起落架缓冲器的功量吸收和耗散的效率。将大柔性飞机机体视为刚体,设计出的起落架有可能达不到预期性能,需要特别加以重视。运用大柔性飞机机体多质量块等效模型、油气式缓冲器多方指数气体弹力模型、速率平方油孔阻力模型、幂函数轮胎力模型,文中构建了大柔性飞机缓冲系统动力学模型,并对飞机在弹伤抢修跑道上滑跑响应进行了数值计算。结果表明,采用双气室缓冲器只是改善了缓冲器的气体弹力特性,它对提高通过弹伤抢修跑道能力有一定的作用,但还需要进一步改善油孔液压阻力特性,这对研究提高飞机通过弹伤抢修跑道能力具有重要的指导意义。文中还研究了现役飞机起落架缓冲器结构改进设计方法和油孔液压阻力被动控制、主动控制、智能控制等技术方案。数值分析研究结果表明,这些方案对提高现役飞机及新研制飞机通过弹伤抢修跑道能力有明显的作用,从而揭示了起落架缓冲器改进设计的研究方向,可供相关研究工作者参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 机体柔性效应
• 1.2.2 滑跑/滑行响应
• 1.2.3 半主动/主动控制
• 1.3 本文研究问题
• 1.3.1 柔性机体模型建立
• 1.3.2 缓冲器参数设计方法
• 1.3.3 飞机缓冲系统在着陆/滑跑中的存在问题
• 1.3.4 起落架缓冲器改进设计方案与效果
• 1.4 研究目标
• 1.5 论文简介
• 第二章 缓冲系统动力学模型
• 2.1 机体动力学模型
• 2.2 机体多质量块等效模型
• 2.2.1 柔性飞机运动方程
• 2.2.2 多质量块等效系统运动方程
• 2.2.3 等效系统参数确定
• 2.2.4 机体柔性对缓冲系统性能影响分析
• 2.3 缓冲器力学模型
• 2.3.1 缓冲器空气弹力
• 2.3.2 缓冲器油孔阻力
• 2.3.3 缓冲器外筒作用力
• 2.4 轮胎力
• 2.5 缓冲系统三质量块等效模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 缓冲器参数设计
• 3.1 缓冲器设计要求
• 3.2 单气室缓冲器参数设计
• 3.2.1 着陆功量分配迭代法
• 3.2.2 单气室缓冲器参数设计计算
• 3.2.3 单气室缓冲器参数设计算例
• 3.2.4 模态频率对着陆性能的影响
• 3.3 双气室缓冲器参数设计
• 3.3.1 双气室缓冲器工作原理
• 3.3.2 双气室缓冲器参数设计
• 3.3.3 双气室缓冲器参数设计算例
• 3.4 大柔性飞机缓冲器参数优化设计
• 3.4.1 优化设计方法
• 3.4.2 优化设计效果
• 3.4.3 权重因子的影响
• 3.4.4 下部质量的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 着陆响应研究
• 4.1 飞机着陆响应动力学模型
• 4.2 校核计算公式
• 4.2.1 过载系数校核计算公式
• 4.2.2 功量校核计算公式
• 4.2.3 机翼翼尖位移及根部弯距、剪力计算公式
• 4.3 着陆响应算例
• 4.3.1 起落架与机体连接点位置对着陆载荷的影响
• 4.3.2 机体高阶模态对着陆载荷的影响
• 4.3.3 飞机着陆功量
• 4.3.4 机翼响应
• 4.4 机体储存着陆能量的耗散
• 4.5 本章小结
• 第五章 弹伤抢修跑道上的滑跑响应研究
• 5.1 弹伤抢修跑道模型
• 5.2 飞机滑跑动力学模型
• 5.3 刚性飞机在弹伤抢修跑道上的滑跑响应
• 5.4 柔性飞机在弹伤抢修跑道上的滑跑响应
• 5.4.1 柔性飞机在弹伤抢修跑道上的滑跑响应
• 5.4.2 缓冲器参数设计中计及机体柔性的必要性
• 5.4.3 机体振动能量耗散的研究
• 5.4.4 机翼翼尖位移
• 5.5 本章小结
• 第六章 提高飞机通过弹伤抢修跑道性能的研究
• 6.1 双气室缓冲器参数改进设计与研究
• 6.1.1 双气室缓冲器参数改进设计
• 6.1.2 着陆性能研究
• 6.1.3 双气室缓冲器参数优化设计
• 6.1.4 结论
• 6.2 提高现役战机通过弹伤抢修跑道能力的研究
• 6.2.1 现役飞机起落架设计状况
• 6.2.2 缓冲器气体弹力特性改善的途径
• 6.2.3 缓冲器气体弹力特性改进设计方法
• 6.2.4 缓冲器气体弹力特性改进设计结果
• 6.2.5 飞机通过弹伤抢修跑道性能分析
• 6.2.6 缓冲器结构改造方案探讨
• 6.2.7 结论
• 6.3 缓冲器油孔阻力控制技术研究
• 6.3.1 缓冲器油孔阻力被动控制技术
• 6.3.2 缓冲器油孔阻力主动控制技术
• 6.3.3 结论
• 6.4 缓冲器油孔阻力智能控制技术研究
• 6.4.1 需求分析
• 6.4.2 智能半主动控制起落架设计
• 6.4.3 仿真结果
• 6.4.4 结论
• 6.5 本章小结
• 第七章 主要结论及进一步的研究课题
• 7.1 主要结论
• 7.2 进一步研究的课题
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文