CN106202802B - 一种起落架航向刚度模拟方法 - Google Patents

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Abstract

一种起落架航向刚度模拟方法，包括如下步骤：在任意一缓冲器压缩量下，在起落架轮轴处施加航向载荷；测量出起落架轮轴处航向位移；计算起落架轮轴处的航向刚度值；描绘起落架轮轴处航向刚度值与缓冲器压缩量对应关系曲线；构建起落架模型；计算所述弹性元件的刚度值；根据所述弹性元件刚度值与缓冲器压缩量对应关系为数据进行起落架着陆模拟，得到轮胎起旋载荷与回弹载荷。本发明解决以往起落架分析中起旋和回弹载荷模拟不准确的问题，有效的分析出起落架起旋和回弹载荷，并且简便易行，适用范围广。

Description

一种起落架航向刚度模拟方法
技术领域
本发明属于飞机结构设计领域，特别是结构力学领域，具体涉及起落架航向刚度模拟方法。
背景技术
中国民用航空规章第25部中明确规定起落架载荷的分析中要考虑到起落架动态特性、起旋和回弹。当前的起落架动态分析方法主要有两种：一种将起落架所有部件刚体化，该方法建模简单，分析效率高，但由于没有考虑到起落架部件弹性，分析得到的起旋载荷不真实，同时没有回弹载荷；另一种是将起落架所有部件柔性化，该方法有效的反映了部件的弹性，但建模复杂，同时运算效率低下，可行度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种起落架航向刚度模拟方法，解决起落架动态分析中起旋和回弹载荷模拟不准确的问题。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种起落架航向刚度模拟方法，包括如下步骤：
步骤一，在任意一缓冲器压缩量S下，在起落架轮轴处施加正航向载荷Fx以及负航向载荷-Fx；
步骤二，通过位移传感器分别测量出起落架轮轴处正航向位移Ux以及负航向位移-Ux；
步骤三，计算每一个缓冲器压缩量S下的起落架轮轴处航向刚度值Ex，起落架轮轴处航向刚度值Ex为正航向载荷Fx与正航向位移Ux的比值以及负航向载荷-Fx与负航向位移-Ux的比值；
步骤四，描绘出起落架轮轴处航向刚度值Ex与缓冲器压缩量S对应关系曲线；
步骤五，构建起落架模型，包括外筒、活塞杆、前撑杆、轮轴、弹性元件；
步骤六，根据起落架轮轴处航向刚度值Ex与缓冲器压缩量S对应关系，计算所述弹性元件的刚度值K，具体的，刚度值K用公式K＝Ex×(L/c)2计算，其中，Ex为起落架轮轴处航向刚度值；L为所述外筒上转轴到所述轮轴中心的垂向距离，为一定值；c为所述外筒上转轴到所述前撑杆的最小距离，也为一定值；
步骤七，根据所述弹性元件刚度值K与缓冲器压缩量S对应关系为数据进行起落架着陆模拟，得到轮胎起旋载荷与回弹载荷。
优选地是，所述步骤五中的所述起落架模型在LMS动力学分析软件中构建，所述外筒一端安装有转轴，并通过所述转轴与软件中的模拟固定点一连接，所述外筒另一端套装所述活塞杆一端，所述活塞杆另一端与所述轮轴连接，所述外筒的筒身外壁上通过所述弹性元件与所述前撑杆一端相连，所述前撑杆另一端与软件中的模拟固定点二连接。
本发明所提供的起落架航向刚度模拟方法的有益效果在于，有效的分析出起落架起旋和回弹载荷，并且简便易行，适用范围广。
附图说明
图1为本发明起落架航向刚度模拟方法中起落架模型结构示意图；
图2为本发明起落架航向刚度模拟方法中起落架模型标注参数示意图；
图3为本发明起落架航向刚度模拟方法中轮轴处航向刚度值与缓冲器压缩量对应关系曲线图；
图4为本发明起落架航向刚度模拟方法中弹性元件刚度值与缓冲器压缩量对应关系曲线图；
图5为本发明起落架航向刚度模拟方法、现有方法和试验测量三种方法得到的起落架起旋和回弹载荷对比图。
附图标记：
1-外筒、2-活塞杆、3-前撑杆、4-轮轴、5-弹性元件。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
下面结合附图对本发明起落架航向刚度模拟方法做进一步详细说明。
本发明的一种起落架航向刚度模拟方法，包括如下步骤：
步骤一，在任意一缓冲器压缩量S下，起落架轮轴处都施加正航向载荷Fx以及负航向载荷-Fx，其中，正负号代表方向。
步骤二，通过位移传感器分别测量出起落架轮轴处正航向位移Ux以及负航向位移-Ux，其中，正负号代表方向。
步骤三，根据缓冲器压缩量S由低到高不断变化，计算出一系列起落架轮轴处的航向刚度值Ex，缓冲器压缩量S下的轮轴处航向刚度值Ex为载荷Fx与位移Ux的比值，即Ex＝Fx/Ux和Ex＝-Fx/-Ux。
步骤四，根据步骤三计算出的一系列起落架轮轴处的航向刚度值Ex，描绘出起落架轮轴处航向刚度值Ex与缓冲器压缩量S的对应关系曲线图，其中，对应关系曲线共有两条，一条为起落架轮轴处正航向刚度值曲线，一条为起落架轮轴处负航向刚度值曲线。
步骤五，在LMS动力学分析软件内构建起落架模型，起落架模型包括外筒1、活塞杆2、前撑杆3、轮轴4、弹性元件5，将所有部件刚度化，即只赋予刚度属性，不赋予其他属性，各个部件的连接关系见图1所示，外筒1一端安装有转轴，并通过转轴与软件中的模拟固定点一连接，外筒1另一端套装活塞杆2一端，活塞杆2另一端与轮轴4连接，外筒1的筒身外壁上通过弹性元件5与前撑杆3一端相连，前撑杆3另一端与软件中的模拟固定点二连接。
步骤六，结合图2计算弹性元件5的刚度值K：
假设在轮轴4处有一载荷增量ΔFx，对应的前撑杆3处载荷增量为ΔFc，根据载荷平衡有：ΔFx×L＝ΔFc×c，
由此可得ΔFc＝ΔFx×L/c(1)
假设在载荷ΔFx作用下轮轴4处有一航向微小位移增量δx，此时弹性元件5的压缩量增量为δc,由能量法有：ΔFx×δx＝ΔFc×δc，
则δc＝δx/(ΔFc/ΔFx)＝δx/(L/c)(2)
由公式(1)、(2)可知弹性元件5的刚度值K：
K＝ΔFc/δc
＝(ΔFx×L/c)/(δx/(L/c))
＝(ΔFx/δx)×(L/c)2
＝Ex×(L/c)2
图2中，c为外筒1上转轴到前撑杆3的最小距离，该值为一个定值；L为外筒1上转轴到轮轴4中心的垂向距离，在给定的缓冲器压缩量S下，L也为一个定值。可知弹性元件5刚度值K与缓冲器压缩量S下的轮轴处航向刚度值Ex的比值为一个定值。
弹性元件5的刚度值K根据轮轴处航向刚度Ex与缓冲器压缩量S对应关系曲线图设置，即用弹性元件5的刚度值K替代轮轴处航向刚度值Ex，可得到弹性元件刚度K与缓冲器压缩量S对应关系曲线图，其中，对应关系曲线共有两条，一条为替换起落架轮轴处正航向刚度值Ex得到的弹性元件5的压缩刚度曲线，一条为替换起落架轮轴处负航向刚度值得到的弹性元件5的拉伸刚度曲线。
步骤七，根据弹性元件刚度值K与缓冲器压缩量S对应关系为数据进行起落架着陆动态模拟仿真，得到轮轴起旋载荷与回弹载荷，其中，轮轴起旋载荷为航向方向即机头反方向载荷，回弹载荷为航向反方向即机头方向载荷。
下面举例，以测量从低到高4组压缩量测量值为例，正航向载荷施加110000N，负航向载荷施加-130000N，测量得到轮轴航向位移，数值见表1。
表1
根据表1中数据，拟合出轮轴处航向刚度与缓冲器压缩量对应关系曲线，具体见图3。
在缓冲器压缩85mm时，根据步骤三计算出轮轴正航向刚度为5189N/mm，负航向刚度为4262N/mm。在该状态下，外筒1上转轴到前撑杆3的最小距离c＝500mm，外筒1上转轴到轮轴4中心的垂向距离L＝915mm。现在在轮轴4处施加Fx＝1N的航向载荷，弹性元件5处轴向载荷Fc＝Fx×L/c＝1.83N；由能量法可知，当轮轴4处存在航向位移δ，则前撑杆3处位移为δ/1.83。可推导出此状态下，弹性元件5的压缩刚度K为5189×1.83/(1/1.83)＝17377N/mm，拉伸刚度为14273N/mm。其他缓冲器压缩量下的刚度值以此类推，最终得到的弹性元件刚度曲线见图3。
根据得到的弹性元件刚度数值，赋予弹性元件相应刚度值，进行起落架着陆动态模拟仿真，仿真软件会自动算出轮轴起旋载荷与回弹载荷，其中，轮轴起旋载荷为航向方向即机头反方向载荷，回弹载荷为航向反方向即机头方向载荷。图5显示了试验结果、常用方法分析结果与本方法分析结果对比，不同方法得到的起旋和回弹载荷峰值见表2，从表2中可以看出本发明方法得到的数值与试验值吻合较好，同时解决了回弹载荷不便计算的问题。
起旋载荷(N) 回弹载荷(N)
试验值(真实值) 116026 -40592
常用方法值 107142 0
本方法值 119107 -44739
表2
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种起落架航向刚度模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在任意一缓冲器压缩量S下，在起落架轮轴处施加正航向载荷Fx以及负航向载荷-Fx；
步骤二，通过位移传感器分别测量出起落架轮轴处正航向位移Ux以及负航向位移-Ux；
步骤三，计算每一个缓冲器压缩量S下的起落架轮轴处航向刚度值Ex，起落架轮轴处航向刚度值Ex为正航向载荷Fx与正航向位移Ux的比值以及负航向载荷-Fx与负航向位移-Ux的比值；
步骤四，描绘出起落架轮轴处航向刚度值Ex与缓冲器压缩量S对应关系曲线；
步骤五，构建起落架模型，包括外筒(1)、活塞杆(2)、前撑杆(3)、轮轴(4)、弹性元件(5)；
步骤六，根据起落架轮轴处航向刚度值Ex与缓冲器压缩量S对应关系，计算所述弹性元件(5)的刚度值K，具体的，刚度值K用公式K＝Ex×(L/c)2计算，其中，Ex为起落架轮轴处航向刚度值；L为所述外筒(1)上转轴到所述轮轴(4)中心的垂向距离，为一定值；c为所述外筒(1)上转轴到所述前撑杆(3)的最小距离，也为一定值；
步骤七，根据所述弹性元件(5)刚度值K与缓冲器压缩量S对应关系为数据进行起落架着陆模拟，得到轮胎起旋载荷与回弹载荷。
2.根据权利要求1所述的起落架航向刚度模拟方法，其特征在于，所述步骤五中的所述起落架模型在LMS动力学分析软件中构建，所述外筒(1)一端安装有转轴，并通过所述转轴与软件中的模拟固定点一连接，所述外筒(1)另一端套装所述活塞杆(2)一端，所述活塞杆(2)另一端与所述轮轴(4)连接，所述外筒(1)的筒身外壁上通过所述弹性元件(5)与所述前撑杆(3)一端相连，所述前撑杆(3)另一端与软件中的模拟固定点二连接。
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