CN104123404B - 一种起落架建模方法 - Google Patents

Abstract

一种起落架建模方法，起落架有弹射牵引杆和锁止杆，牵引杆用于传递外力实现起飞，锁止杆用于在起飞前固定飞机位置,其特征在于,包括如下步骤：构建起落架模型，起落装置作用于飞机的力主要为液压支柱支反力F_yn、F_yl、F_yr和轮胎摩擦力F_xn、F_xl、F_xr；力矩是力根据作用位置计算所得,M_z＝_yn*L_xn‑F_yl*L_xl‑F_yr*L_xr‑F_xn*L_yn‑F_xl*L_yl‑F_xr*L_yr；构建牵引杆模块，牵引杆力分量计算公式如下：Fxq＝Fq*cos(asin(H/L))、Fyq＝Fq*H/L、H＝l‑△l；构建锁止杆模块，锁止杆受力计算公式为：Fxs＝‑Fxp、Fys＝‑Fxp/cos(asin(H/L))*H/L、当‑Fxp/cos(asin(H/L))≥Fmax时，Fxs，Fys为零；仿真建模，适用于弹射起飞的起落架模型对飞机的合力为Fxh＝Fx+Fxq+Fxs、Fyh＝Fy+Fyq+Fys。本项发明设计简单、内容全面，在飞机的设计上有广泛的应用前景。

Description

一种起落架建模方法

技术领域

本发明属于仿真建模技术领域，具体涉及一种起落架建模方法。背景技术

飞机设计经过数十年的发展，技术水平日臻完善，为了提高飞机出动能力，对起飞方式提出特殊需求，现有的起落架模型均不能适用，需要根据使用要求，在现有起落架模型基础上进一步开发建模。

发明内容

本发明的目的是：本发明主要为了提高飞机出动能力，提供一种适用的起落架建模仿真方法。

本发明的技术方案是：

一种起落架建模方法，其特征在于起落架有弹射牵引杆和锁止杆，牵引杆用于传递外力实现起飞，锁止杆用于在起飞前固定飞机位置，

具体实现包括如下步骤：

第一，构建起落架模型

在起落架模型中,我们单独研究每个起落装置力和力矩:

其中,“n”表示前起落架,“l”表示左起落架,“r”表示右起落架。

各个轮胎压缩力的计算如下：

式中：K_i代表各个轮胎的弹性系数、R_i代表各个轮胎未压缩时的半径、y_i表示各个轮胎转轴中心距地面的高度。

液压支柱减震器作用于飞机上的力既是与液压支柱压缩位移有关的函数，又是与压缩位移速度有关的函数，公式如下：

其中，Q为液压支柱静态压缩系数，K为液压支柱动态摩擦系数，σ为液压支柱动态阻尼系数。通常在压缩和释放行程中，K和σ是不同的。

轮胎压缩力与液压支柱压缩力之间相互作用，稳态时实现二个力相等，平衡，即：

F_yn＝F_nl

F_yl＝F_ll

F_yr＝F_rl

F_yn,F_yl,F_yr为液压支柱压缩力；F_nl,F_ll,F_rl为轮胎压缩力。

起落装置作用于飞机机体除了液压支柱压缩力外，还有轮胎摩擦力，计算公式为：

Fxn＝Fnl*Fxin

Fxl＝Fll*Fxil

Fxr＝Frl*Fxir

其中，F_ym,F_yl,F_yr为轮胎压缩力；F_xin、F_xli、F_xir为各轮胎摩擦系数。

另外，在起飞过程中航向保持不变，所以忽略起落装置侧向力。

综上，起落装置作用于飞机的力主要为液压支柱支反力F_yn、F_yl、F_yr和轮胎摩擦力F_xn、F_xl、F_xr。

力矩是力根据作用位置计算所得,由于左右起落架对称，所以滚转力矩与偏航力矩为零，飞机只受到俯仰力矩作用，计算公式为：

M_z＝F_yn*L_xn-F_yl*L_xl-F_yr*L_xr-F_xn*L_yn-F_xl*L_yl-F_xr*L_yr

其中，M_z为飞机受到的滚转力矩系数，F_yn、F_yl、F_yr为液压支柱压缩力；L_xn、L_xl、L_xr为各起落架沿飞机机头指向距离重心距离；F_xn，F_xl，F_yr为轮胎摩擦力；L_yn、L_yl、L_yr为各起落架沿高度方向距离重心距离。

第二，构建牵引杆模块。

牵引杆是安装于前起落架上接受外力传输的专用设备。牵引杆作用于飞机的合力沿牵引杆方向，可以分解为与起落装置支反力和摩擦力同向的两个力。沿起落装置支反力方向的力会引起起落架压缩，随着起落架压缩，牵引杆角度变化，外力作用效果发生改变，如图1所示。

牵引杆力分量计算公式如下：

Fxq＝Fq*cos(asin(H/L))

Fyq＝Fq*H/L

H＝l-△l

其中，Fxq为牵引杆X方向力，X方向与起落装置摩擦力方向相反；Fyq为牵引杆Y方向力，Y方向与起落装置支反力方向一致；H为前起落架伸长量，L为牵引杆长度，l为前起落架松弛伸长量，△l为前起落架压缩力，F_q为外力递给牵引杆的力。

第三，构建锁止杆模块。

锁止杆是安装于前起落架上与地面连接，用于固定飞机的专用设备。锁止杆模块，将飞机固定在甲板上，保证飞机在起飞前受力平衡。起飞开始后，当飞机作用在锁止杆上的力超过某一数值时，锁止杆断裂，对飞机作用力为零，如图2所示。

锁止杆受力计算公式为：

Fxs＝-Fxp

Fys＝-Fxp/cos(asin(H/L))*H/L

当-Fxp/cos(asin(H/L))≥Fmax时，Fxs，Fys为零；

其中，Fxs为锁止杆X方向受力，X方向与起落装置摩擦力方向一致；Fys为锁止杆Y方向受力，Y方向与起落装置支反力方向一致；Fxp为飞机X方向受力，X方向与起落装置摩擦力方向一致，Fmax为锁止杆所能承受的最大力。

第四，仿真建模

将牵引杆和锁止杆模块与起落架模型组合成适用于弹射起飞仿真的起落架模型，其组成结构如图3所示。

适用于弹射起飞的起落架模型对飞机的合力为

Fxh＝Fx+Fxq+Fxs

Fyh＝Fy+Fyq+Fys

Fxh为起落装置对飞机X方向合力，Fxq为牵引杆X方向力，Fxs为锁止杆X方向受力，Fx为起落装置摩擦力，X方向与起落装置摩擦力方向相反；

Fyh为起落装置对飞机Y方向合力，Fyq为牵引杆Y方向力，Fys为锁止杆Y方向受力，Fy为起落装置支反力，Y方向与起落装置支反力方向一致。

本发明的优点是：

本发明对于飞机起飞控制律设计与飞行品质研究不可缺少，因此对其需求迫切。本项发明设计简单、内容全面，在飞机的设计上有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的起落架牵引杆受力示意图。

图2是本发明的起落架锁止杆受力示意图。

图3是本发明的起落架模型示意图。

图4是本发明的起飞过程起落架动态响应曲线。

具体实施方式

举例：

根据不同飞机要求，起落架构造不同，但力学特性一致。根据起落装置具体力学和几何参数带入模型计算，经过仿真验证，改进的起落架模型，在起飞过程中，动态响应良好，满足设计预定目标。仿真曲线给出前起落架和主起落架受力动态曲线，以及前起落架压缩曲线动态曲线，如图4所示。

Claims (1)

1.一种起落架建模方法，起落架有弹射牵引杆和锁止杆，牵引杆用于传递外力实现起飞，锁止杆用于在起飞前固定飞机位置,其特征在于,包括如下步骤：

第一，构建起落架模型

在起落架模型中,每个起落装置力和力矩:

其中，n-代表前起落架，l-代表左起落架，r-代表右起落架；各个轮胎压缩力的计算如下：

其中，K_i-代表各个轮胎的弹性系数，R_i-代表各个轮胎未压缩时的半径，y_i-代表各个轮胎转轴中心距地面的高度，i-代表任意一个轮胎；

液压支柱减震器作用于飞机上的力既是与液压支柱压缩位移有关的函数，又是与压缩位移速度有关的函数，公式如下：

其中，Q-代表液压支柱静态压缩系数，K-代表液压支柱动态摩擦系数，σ-代表液压支柱动态阻尼系数；

轮胎压缩力与液压支柱压缩力之间相互作用，稳态时实现二个力相等，平衡，即：

F_yn＝F_nl

F_yl＝F_ll

F_yr＝F_rl

起落装置作用于飞机机体除了液压支柱压缩力外，还有轮胎摩擦力，计算公式为：

Fxn＝Fnl*Fxin

Fxl＝Fll*Fxil

Fxr＝Frl*Fxir

综上，起落装置作用于飞机的力主要为液压支柱支反力F_yn、F_yl、F_yr和轮胎摩擦力F_xn、F_xl、F_xr；F_xin、F_xil、F_xir为各轮胎摩擦系数；力矩是力根据作用位置计算所得,由于左右起落架对称，所以滚转力矩与偏航力矩为零，飞机只受到俯仰力矩作用，计算公式为：

M_z＝F_yn*L_xn-F_yl*L_xl-F_yr*L_xr-F_xn*L_yn-F_xl*L_yl-F_xr*L_yr

其中，M_z为飞机受到的滚转力矩系数，F_yn、F_yl、F_yr为液压支柱压缩力；L_xn、L_xl、L_xr为各起落架沿飞机机头指向距离重心距离；F_xn，F_xl，F_yr为轮胎摩擦力；L_yn、L_yl、L_yr为各起落架沿高度方向距离重心距离；

第二，构建牵引杆模块

牵引杆作用于飞机的合力沿牵引杆方向，分解为与起落装置支反力和摩擦力同向的两个力；牵引杆力分量计算公式如下：

Fxq＝Fq*cos(asin(H/L))

Fyq＝Fq*H/L

H＝l-Δl

其中，H为前起落架伸长量，L为牵引杆长度，l为前起落架松弛伸长量，△l为前起落架压缩力，F_q为外力递给牵引杆的力；

第三，构建锁止杆模块

起飞开始后，当飞机作用在锁止杆上的力超过某一数值时，锁止杆断裂，对飞机作用力为零；

锁止杆受力计算公式为：

Fxs＝-Fxp

Fys＝-Fxp/cos(asin(H/L))*H/L

当-Fxp/cos(asin(H/L))≥Fmax时，Fxs，Fys为零；

其中，Fxs为锁止杆X方向受力，X方向与起落装置轮胎摩擦力方向一致；Fys为锁止杆Y方向受力，Y方向与起落装置支反力方向一致；Fxp为飞机X方向受力，X方向与起落装置摩擦力方向一致；Fmax为锁止杆所能承受的最大力；

第四，仿真建模

将牵引杆和锁止杆模块与起落架模型组合成适用于弹射起飞仿真的起落架模型，适用于弹射起飞的起落架模型对飞机的合力为

Fxh＝Fx+Fxq+Fxs

Fyh＝Fy+Fyq+Fys

其中，Fxh为起落装置对飞机X方向合力，Fxq为牵引杆X方向力，Fxs为锁止杆X方向受力，Fx为起落装置轮胎轮胎摩檫力，X方向与起落装置轮胎摩擦力方向相反；

Fyh为起落装置对飞机Y方向合力，Fyq为牵引杆Y方向力，Fys为锁止杆Y方向受力，Fy为起落装置支反力，Y方向与起落装置支反力方向一致。