CN112623256A - 一种双腔式起落架缓冲器模型 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空结构强度设计领域，尤其涉及一种双腔式起落架缓冲器模型。该模型包括：四个油腔、高压和低压气腔、间隙装置，第一油腔的外筒和柱塞与第二油腔的外筒和柱塞连接；第二油腔的外筒与止动阀的包络体连接，第二油腔的柱塞与间隙装置的下部连接，间隙装置的上部与止动阀的芯体连接，止动阀的包络体和芯体再与第四油腔的外筒和柱塞连接，第四油腔的外筒和柱塞再与高压气腔的外筒和柱塞连接，第三油腔的外筒和柱塞与低压气腔的外筒和柱塞连接；四个油腔通过油路连通，在第一油路上布置油孔；低压气腔中的气体通过热交换系统与四个油腔中的油液进行热交换。本发明的模型能够降低双腔式起落架落振载荷。

Description

一种双腔式起落架缓冲器模型

技术领域

本发明属于航空结构强度设计领域，特别是涉及一种双腔式起落架缓冲器模型。

背景技术

飞机整体性能的大幅度提高对起落架及其缓冲系统的要求也越来越高，必须能实现软着陆，且能兼顾飞机地面动态响应特性，其设计必须满足耐疲劳、高承载和高可靠性的要求。

随着飞机的发展，起落架缓冲器的结构设计得到不断的改进和发展。特别是油气式缓冲器，从常油孔型式发展为变油孔型式，由单腔式缓冲器发展为双腔式缓冲器等等，结构参数的优化能够极大的降低飞机起落架着陆载荷。

传统方式的双腔式缓冲器参数设计通过工程方法进行计算，然后在起落架动力学模型上进行验证，效率低，而双腔式起落架缓冲器的仿真方法在国内还是空白。

发明内容

发明目的：提供一种双腔式起落架缓冲器模型，以用于结构参数的优化。

技术方案：

第一方面，提供了一种双腔式起落架缓冲器模型，包括：第一油腔3、第二油腔4、第三油腔7、第四油腔12、高压气腔8、低压气腔13、间隙装置5，其中，第一油腔3的外筒和柱塞与第二油腔4的外筒和柱塞连接；第二油腔4的外筒与止动阀6的包络体连接，第二油腔4的柱塞与间隙装置5的下部连接，间隙装置5的上部与止动阀6的芯体连接，止动阀6的包络体和芯体再与第四油腔12的外筒和柱塞连接，第四油腔12的外筒和柱塞再与高压气腔8的外筒和柱塞连接，第三油腔7的外筒和柱塞与低压气腔13的外筒和柱塞连接；第一油腔3、第二油腔4、第三油腔7和第四油腔12通过油路连通，在第一油路上布置油孔10；低压气腔13中的气体通过热交换系统11与第一油腔3、第二油腔4、第三油腔7和第四油腔12中的油液进行热交换。

进一步地，间隙装置5为具有自由行程的弹簧阻尼系统，当第一油腔3的活塞位移小于第一行程时，间隙装置5使第二油腔4柱塞的位移和速度不传递至止动阀6内芯；当第一油腔3的活塞位移大于第一行程时，间隙装置5使第二油腔4柱塞的位移和速度传递至止动阀6内芯，第一行程为活塞杆接触到高压腔浮动活塞前的行程。

进一步地，高压气腔8外筒和柱塞直径与第四油腔12外筒和柱塞直径相同。

进一步地，低压气腔13、第三油腔7、第二油腔4腔内压强相同。

进一步地，第三油腔7和低压气腔13的柱塞位移通过第二油腔4的压力控制。

进一步地，低压气腔13内气体压缩产生的热量通过热交换系统11与油液进行热量交换。

进一步地，油孔10的直径随输入位移信号的变化而变化从而使油孔10产生的阻尼力随之变化。

进一步地，低压气腔13外筒和柱塞直径与第三油腔7外筒和柱塞直径相同。

有益效果：本发明以双腔式起落架真实结构模型参数为依据，通过建立双腔式起落架缓冲器模型，对双腔式缓冲器的参数进行优化，降低双腔式起落架落振载荷，提高了起落架设计的效率和准确性。

附图说明

图1是双腔式起落架缓冲器结构；

图2是双腔式起落架缓冲器结构参数；

图3是双腔式起落架缓冲器原理图；

图4是双腔式起落架缓冲器静压曲线；

其中，位移信号1、位移信号传感器2、第一油腔3、第二油腔4、间隙装置5、止动阀6、第三油腔7、高压气腔8、油孔直径计算装置9、油孔10、热交换系统11、第四油腔12、低压气腔13、力传感器14。

具体实施方式

本文提出了一种双腔式缓冲器建模方法，在设计早期阶段进行虚拟验证并进行参数优化，从而保证起落架仿真模型的效率和准确性，从而避免设计后期发现问题而引起设计的反复，并提高起落架参数优化的效率。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1至图4。

一种新型双腔式起落架缓冲器建模及优化方法，包括以下步骤：

1、确定双腔缓冲器的结构参数

双腔缓冲器是为了满足飞机性质和日常任务需求，在停机状态下装弹不会引起缓冲器有较大的行程变化，双腔缓冲器选用改进型双腔缓冲器，即静压曲线带阶梯的双腔缓冲器,如图1所示。

在缓冲器刚开始工作的阶段，由于高压腔充填压力较大，低压腔工作，高压腔不工作。缓冲器行程达到某一程度时，活塞杆顶到浮动活塞，由于此时低压腔气压仍低于高压腔气压，缓冲器无法进行压缩，行程不变化。当缓冲器达到这一状态后，缓冲器轴力增加，缓冲器行程不变。当缓冲器轴力与低压腔对浮动活塞的作用力大于高压腔对浮动活塞的作用力后，高压腔压缩，活塞杆保持与浮动活塞相接触的状态，两者同步移动。

双腔式油气缓冲器结构参数如图2所示。其中高压腔的外筒直径为D_ph，柱塞直径为D_rh，腔体长度为h_g。低压腔的柱塞直径D_rl，低压腔和高压腔的机械间隙h_c。油腔的外筒直径为D_po，柱塞直径为D_ro，油腔的长度h_o。

2、依据结构参数建立双腔式缓冲器模型图，模型如图3所示。

建立输入信号，包括位移和速度信号。

建立油腔的模型，其外筒直径为D_po，柱塞直径为D_ro，油腔的长度h_o。当起落架压缩时，油腔中的油液经过第一油路流出；

建立第二油腔模型，当起落架压缩时，油腔和第二油腔由于机械连接，柱塞具有相同的速度，油液从第二油路流出，第二油腔的外筒直径为D_ph，柱塞直径为

推荐腔体长度为10mm。

建立低压腔模型，包括低压气腔、第三油腔和热交换系统，当油液从第一油路和第二油路流出时，经过第三油路进入低压腔第三油腔，第三油腔内压力增加，开始挤压低压气腔，低压气腔和第三油腔内压力增加并且相等，温度升高，油腔、第二油腔和低压腔内产生的热量通过热交换系统相互交换。

建立高压腔模型，包括高压气腔、第四油腔、止动阀和高低压腔间隙。高低腔间隙的长度为h_c，当油腔柱塞的位移小于h_c时，止动阀芯体与第二油腔柱塞无接触，第二油腔柱塞的位移无法传递到制动阀芯体，同时止动阀阻止高压腔的活塞向下运动，当油腔柱塞的位移大于h_c时，高低腔间隙减小为0，第二油腔柱塞的位移直接传递给止动阀，然后在传递给第四油腔和高压气腔的柱塞，缓冲器的油液经过第四油路进入第四油腔，高压气腔开始压缩，高压腔内的气体压力增加。高压气腔的外筒直径为D_ph，柱塞直径为D_rh，腔体长度为h_g，第四油腔的外筒直径为D_ph，柱塞直径为D_rh，腔体长度为0，止动阀的止动长度为h_g，高低腔间隙设置为h_c。

具体地如图3，模型，双腔式缓冲器模型包括：第一油腔3、第二油腔4、第三油腔7、第四油腔12、高压气腔8、低压气腔13、间隙装置5，其中，第一油腔3的外筒和柱塞与第二油腔4的外筒和柱塞连接；第二油腔4的外筒与止动阀6的包络体连接，第二油腔4的柱塞与间隙装置5的下部连接，间隙装置5的上部与止动阀6的芯体连接，止动阀6的包络体和芯体再与第四油腔12的外筒和柱塞连接，第四油腔12的外筒和柱塞再与高压气腔8的外筒和柱塞连接，第三油腔7的外筒和柱塞与低压气腔13的外筒和柱塞连接；第一油腔3、第二油腔4、第三油腔7和第四油腔12通过油路连通，在第一油路上布置油孔10；低压气腔13中的气体通过热交换系统11与第一油腔3、第二油腔4、第三油腔7和第四油腔12中的油液进行热交换。

优选地，间隙装置5为具有自由行程的弹簧阻尼系统，当第一油腔3的活塞位移小于第一行程时，间隙装置5使第二油腔4柱塞的位移和速度不传递至止动阀6内芯；当第一油腔3的活塞位移大于第一行程时，间隙装置5使第二油腔4柱塞的位移和速度传递至止动阀6内芯，第一行程为活塞杆接触到高压腔浮动活塞前的行程。高压气腔8外筒和柱塞直径与第四油腔12外筒和柱塞直径相同。低压气腔13、第三油腔7、第二油腔4腔内压强相同。第三油腔7和低压气腔13的柱塞位移通过第二油腔4的压力控制。低压气腔13内气体压缩产生的热量通过热交换系统11与油液进行热量交换。油孔10的直径随输入位移信号的变化而变化从而使油孔10产生的阻尼力随之变化。低压气腔13外筒和柱塞直径与第三油腔7外筒和柱塞直径相同。

3、提取飞机落振模型单独变量

在飞机结构确定的情况下，提取起落架缓冲器的变量：低压气腔的初始充填压力P_l、高压气腔的初始充填压气P_h、低压腔气体体积V_l和高压腔死体积V_h。

为了满足前起停机装弹状态下行程变化较小，缓冲器静压曲线的下拐点为停机未装弹的载荷，静压曲线的上拐点为最大滑行重量，缓冲器轴力Q与缓冲器行程S的关系为：

式中：k为空气多变指数，取1.1；

P0、V0为缓冲器气体初始压力、初始体积；

F为缓冲器压气面积。

飞机上下拐点载荷可以通过飞机总计设计要求得到，计算可以得到低压气腔的初始充填压力P_l和高压气腔的初始充填压气P_h。

提取低压腔气体体积V_l和高压腔死体积V_h作为单独变量，作为缓冲器的优化变量。

4、步骤四、基于Genetic algorithm对缓冲器的参数进行优化计算得到缓冲器的行程S，油腔的实时压力P_o，第二油腔和第四油腔的实时压力P_s，高压强气腔的实时压力P_g。则缓冲器输出的力F为：

得到的静压曲线如图4所示。

以上双腔式缓冲器模型的工作原理为：

当位移信号1输入时，第一油腔3的柱塞向上运动，腔内油液被挤压，通过第一油路的油孔10流出，产生阻尼力，同时第二油腔4的柱塞向上运动，腔内油液被挤压，经过第二油路流出。

当第一油腔3和第二油腔4的位移小于间隙装置的间隙时，间隙装置使位移信号1不能传递到止动阀6的内芯，同时依据设计要求，高压气腔8的腔内压强大于第三油腔7的腔内压强，同时由于止动阀6的作用，第三油腔7和高压气腔8产生的压力差被止动阀6的结构止动力所抵消，所以第三油腔7和高压气腔8的柱塞静止，油液不会通过第三油路流入第三油腔7。第一油路和第二油路中的油液经过第四油路流入第四油腔12，第四油腔12和低压气腔13的柱塞向上移动，导致第一油腔3、第二油腔4和第四油腔12和低压气腔13腔内的压力增加，同时飞机的落振能量被通过油孔10的油液所消耗。第二油腔4、第三油腔7、第四油腔12和低压气腔13的腔内压力式中保持相等，由于油孔的作用，第一油腔3的腔内压力大于第二油腔4、第三油腔7、第四油腔12和低压气腔13的的腔内压力。此时力传感器14输出的力为第一油腔3和第二油腔4的液压力之和。

间隙装置5通过带有自由间隙的阻尼弹簧系统模拟高压腔和低压腔的间隙，当间隙装置5上部和下部的位移差大于自由间隙时，上部和下部接触，上部和下部开始传递位移、速度和力。当第一油腔3和第二油腔4的位移大于间隙装置5的间隙时，间隙装置5的上部和下部接触。第二油腔4的柱塞通过间隙装置5和止动阀6的内芯传递给第三油腔7的柱塞和高压气腔8的柱塞，并向上开始运动，第一油路和第二油路中的部分油液流向第三油腔7。当第三油腔7开始运动时，止动阀6失去作用，第三油腔7和高压气腔8产生的压力差向下传递，此时力传感器14输出的力为第一油腔3、第二油腔4的液压力、第三油腔7和高压气腔8产生的压力差之和，所以力传感器的信号随着位移信号1的增加有一个突变，静压曲线出现上拐点和下拐点。当位移信号1输出的位移改变时，位移信号传感器2的输出信号改变，通过油孔直径计算装置9的计算，油孔10的等效直径随之改变，实现变油孔设计。

Claims (8)

1.一种双腔式起落架缓冲器模型，其特征在于，包括：第一油腔(3)、第二油腔(4)、第三油腔(7)、第四油腔(12)、高压气腔(8)、低压气腔(13)、间隙装置(5)，其中，第一油腔(3)的外筒和柱塞与第二油腔(4)的外筒和柱塞连接；第二油腔(4)的外筒与止动阀(6)的包络体连接，第二油腔(4)的柱塞与间隙装置(5)的下部连接，间隙装置(5)的上部与止动阀(6)的芯体连接，止动阀(6)的包络体和芯体与第四油腔(12)的外筒和柱塞连接，第四油腔(12)的外筒和柱塞再与高压气腔(8)的外筒和柱塞连接，第三油腔(7)的外筒和柱塞与低压气腔(13)的外筒和柱塞连接；第一油腔(3)、第二油腔(4)、第三油腔(7)和第四油腔(12)通过油路连通，在第一油路上布置油孔(10)；低压气腔(13)中的气体通过热交换系统(11)与第一油腔(3)、第二油腔(4)、第三油腔(7)和第四油腔(12)中的油液进行热交换。

2.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，间隙装置(5)为具有自由行程的弹簧阻尼系统，当第一油腔(3)的活塞位移小于第一行程时，间隙装置(5)使第二油腔(4)柱塞的位移和速度不传递至止动阀(6)内芯；当第一油腔(3)的活塞位移大于第一行程时，间隙装置(5)使第二油腔(4)柱塞的位移和速度传递至止动阀(6)内芯，第一行程为活塞杆接触到高压腔浮动活塞前的行程。

3.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，高压气腔(8)外筒和柱塞直径与第四油腔(12)外筒和柱塞直径相同。

4.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，低压气腔(13)、第三油腔(7)、第二油腔(4)腔内压强相同。

5.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，第三油腔(7)和低压气腔(13)的柱塞位移通过第二油腔(4)的压力控制。

6.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，低压气腔(13)内气体压缩产生的热量通过热交换系统(11)与油液进行热量交换。

7.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，油孔(10)的直径随输入位移信号的变化而变化从而使油孔(10)产生的阻尼力随之变化。

8.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，低压气腔(13)外筒和柱塞直径与第三油腔(7)外筒和柱塞直径相同。

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