某大型飛機(jī)前起落架變油孔緩沖器參數(shù)設(shè)計(jì)研究

吳曉宇

【摘 要】本文針對(duì)某大型飛機(jī)前起落架進(jìn)行了緩沖器參數(shù)的理論計(jì)算，并用落震動(dòng)力學(xué)仿真進(jìn)行驗(yàn)證分析。結(jié)果表明：理論計(jì)算與落震仿真結(jié)果基本吻合，該緩沖參數(shù)的計(jì)算方法可應(yīng)用于工程實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】起落架；緩沖器；變油孔；落震仿真

起落架是飛機(jī)著陸緩沖、滑行減振和停機(jī)支撐的重要部件，緩沖器（又稱(chēng)減震器）和機(jī)輪是起落架的主要緩沖構(gòu)件，起著吸收和耗散飛機(jī)著陸撞擊、地面不平激勵(lì)的飛機(jī)運(yùn)動(dòng)能量和保證飛機(jī)安全的重要作用。緩沖器參數(shù)設(shè)計(jì)以飛機(jī)緩沖系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析為基礎(chǔ)，是飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)的重要方面，也是飛機(jī)緩沖系統(tǒng)性能的重要保證。

1 起落架結(jié)構(gòu)參數(shù)

本文在初始計(jì)算時(shí)，由飛機(jī)設(shè)計(jì)人員提供了近似的原始數(shù)據(jù)：

在計(jì)算中，假設(shè)飛機(jī)最大停機(jī)重量等于最大起飛重量。前起落架最大停機(jī)載荷通過(guò)重心前限得到。根據(jù)總體設(shè)計(jì)人員提供的重心前限的相關(guān)數(shù)據(jù)可以計(jì)算前起落架的最大停機(jī)載荷：

F===273100N

2 起落架緩沖系統(tǒng)著陸撞擊功量計(jì)算

根據(jù)CCAR-25部的要求，一般陸基飛機(jī)的使用下沉速度=3.05m/s。根據(jù)能量守恒的原則，起落架緩沖系統(tǒng)吸收功量（緩沖器所吸收能量與輪胎吸收能量之和）應(yīng)該等于著陸時(shí)動(dòng)能和勢(shì)能變化量之和。

一般在初始參數(shù)估算時(shí)，假設(shè)機(jī)翼產(chǎn)生的升力等于著陸時(shí)飛機(jī)的重力，則飛機(jī)著陸產(chǎn)生的勢(shì)能為零，起落架緩沖系統(tǒng)著陸撞擊功量等于飛機(jī)動(dòng)能的變化量，而前起落架的著陸撞擊功量Esysn要用到當(dāng)量質(zhì)量Mndl，其計(jì)算方式如下：

M=M=189500×=38872kg

μ為平均滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取0.4。

E=×M×V則E=×38872×3.05=180804J。

3 起落架的傳力系數(shù)、過(guò)載的確定以及使用行程計(jì)算

對(duì)于受彎的支柱式起落架，傳力系數(shù)為常值，不隨行程變化而變化。？漬=cos？準(zhǔn)這里為起落架安裝角度與飛機(jī)攻角之和。對(duì)于該前起落架？準(zhǔn)=0，所以？漬=1。

起落架過(guò)載定義為著陸階段緩沖器最大軸向力與停機(jī)狀態(tài)下緩沖器軸向力之比。在確定n時(shí)，可以參考同類(lèi)型機(jī)種過(guò)載，對(duì)于大型飛機(jī)來(lái)說(shuō)的，建議取值0.75～1.5，這里將前起落架取n=1.35。

緩沖器的使用行程應(yīng)根據(jù)能量守恒原理進(jìn)行求解。初始設(shè)計(jì)時(shí)一般認(rèn)為緩沖器吸收90%的著陸功量，于是緩沖器應(yīng)吸收的能量Eh=Esys×0.9，則使用行程為：

S=====0.473m

4 活塞桿面積、初始充壓和氣室體積的工程選取方法

定義Ptj為緩沖器在停機(jī)位置的氣腔壓力，一般取值10.35×（1±0.4）MPa，這里取13.75MPa，這是為了可以使得在維護(hù)的過(guò)程中使用標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)進(jìn)行充壓。

活塞桿面積：A===0.01986m

？姿定義為緩沖器初始?xì)馐殷w積與使用行程下的氣室體積之比，對(duì)于大型飛機(jī)而言，？姿=5～7，這里可以先選取？姿=6。

由=？姿，可得氣室體積：V===0.0127m

初始充壓P0的選取應(yīng)使空氣彈簧所吸收的功量不太大，一般情況下可考慮不超過(guò)40%的使用功。即（？姿-1）？燮0.4E，式中？酌為氣體多變指數(shù)這里取為1.1。

所以P0最大可以取：P==3.269MPa。

5 變油孔面積的選取

確定變油孔面積沿行程變化時(shí)應(yīng)按以下三點(diǎn)設(shè)計(jì)：①在S=S（S為最大使用行程）處用公式f（s=s）=來(lái)確定油孔面積；②面積變化斜率為負(fù)；③在行程初期油孔面積應(yīng)取較大值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在作初步設(shè)計(jì)時(shí)：

當(dāng)S=0時(shí)，f（0）取為：f（0）？燮0.03A0；

當(dāng)S=S時(shí)，f（ssy）按公式f（s=s）=計(jì)算

當(dāng)0f（s）>f（s）。

因此前起落架緩沖器油孔面積取值范圍應(yīng)為：

0.0001526m？燮f（s）？燮0.0005958m

在確定了變油孔面積取值范圍之后，可通過(guò)對(duì)限油針桿截面尺寸的不斷優(yōu)化來(lái)最終確定變油孔的具體尺寸。

6 落震動(dòng)力學(xué)仿真驗(yàn)證

利用設(shè)計(jì)人員提供的結(jié)構(gòu)參數(shù)和上述計(jì)算所得緩沖器參數(shù)，基于ADAMS軟件建立了動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行了前起落架落震動(dòng)力學(xué)仿真。

由圖2可知起落架緩沖器的使用行程為。由圖3可知緩沖器的工作效率為67%。

7 結(jié)論

本文采用能量守恒原理對(duì)某大型飛機(jī)的起落架緩沖器參數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算，并用所得參數(shù)輸入動(dòng)力學(xué)模型中進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明落震仿真與理論計(jì)算基本吻合，該緩沖參數(shù)的計(jì)算方法可應(yīng)用于工程實(shí)踐。

【參考文獻(xiàn)】

[1]飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].航空工業(yè)出版社.

[2]飛機(jī)起落架強(qiáng)度設(shè)計(jì)指南[M].四川科學(xué)技術(shù)出版社.

[責(zé)任編輯：田吉捷]