【摘要】：飛機起落架的主要功用之一在于吸收并耗散飛機著陸撞擊的能量。在大型客機起落架上,實現(xiàn)這一功用的部件是緩沖器。本文從高品質油氣式緩沖器設計技術的角度切入,針對大型客機機體彈性的特點,研究了起落架在著陸時垂向和航向的動態(tài)特性,完善了在方案設計階段中緩沖性能設計的研究方法,包括了理論建模、仿真分析和工程估算。本文研究成果對指導起落架緩沖器的設計和分析,提高起落架的緩沖性能具有重要的意義。首先,在起落架的結構動力學的研究領域,機翼和起落架的支柱結構常簡化為梁結構,且機翼與機身的連接關系與翼掛結構(如翼吊發(fā)動機)均對機翼和起落架的動力學特性有影響。如何解決這類工程問題在先前文獻中未見報道。提煉出主要因素,將工程化的問題抽象成理論化的問題。運用了傳遞矩陣法和參數(shù)變異法對Timoshenko梁、Rayleigh梁和Shear梁的橫向自由振動模型進行了推導,分析了鉸支座、集中質量和轉動慣量等復雜邊界條件的情形,進而給出了帶有復雜邊界條件的多跨梁的橫向自由振動的一般格式。在其簡化的Euler梁的情形下對三個有工程實踐意義的模型進行了推導。結果表明,三個模型的頻率方程的結果與已有文獻的結果相比具有很好的一致性。并運用有限元方法對兩個模型進行了算例分析。結果表明,該方法提出的公式計算的一階頻率與有限元方法得出的一階頻率之差小于5%,提出的模型是合理可用的。其次,基于能量法將機體結構等效成Euler梁,通過有限元的建模并分析某大型客機機體的一階頻率,結果表明,二者相差為3.1%。對彈性機體進行了基于等效質量-彈簧-阻尼的建模,對起落架著陸時的受力情況進行了介紹,并對起落架緩沖器內部因密封件引起的摩擦力進行了探討,進而將起落架著陸模型推廣到全機四自由度著陸模型,擴展了原有的著陸動力學模型。將彈性機體的有限元模型導入到動力學仿真程序中進行著陸仿真分析,對機體彈性、模態(tài)疊加、安裝點位置和翼吊發(fā)動機等影響因素進行了分析。結果表明,機體彈性彈性與阻尼吸收在一定程度上耗散了部分飛機著陸功量,令輪胎與緩沖器的吸收功量進一步降低,由此可知,在對彈性機體起落架進行設計的過程中,需要將機體彈性這一因素考慮在內,否則所設計的緩沖器無法全面彰顯其作用和性能,極易造成起落架重量增大等相關問題。起落架和外掛如果布置在節(jié)線附近,機體的彈性對其工作性能的影響會變小。再次,考慮外筒和輪胎對起轉、回彈載荷的影響,建立了起落架航向載荷分析模型,完善了起落架緩沖支柱的剛度計算公式。介紹了起落架的起轉、回彈載荷試驗,模型計算結果與試驗結果比較,二者相差不超5%,驗證了模型的正確。研究了起落架起轉、回彈載荷的仿真分析方法,對輪胎的徑向剛度進行了仿真分析。進行了緩沖支柱的網(wǎng)格劃分,進而導入到動力學仿真程序中進行仿真分析,結果表明,隨著觸臺速度或者投放功量的增加,摩擦系數(shù)有減小的趨勢;不同粗糙度的臺面和輪胎規(guī)格對起轉回彈載荷的大小有影響;隨著胎圈著合直徑的增大,起轉和回彈載荷均有減小。接著對起落架著陸動力學進行了簡化建模,通過解析格式對起轉、回彈載荷的工程估算方法進行了分析,與目前專業(yè)技術手冊上的數(shù)據(jù)進行了對比,其更接近試驗數(shù)據(jù),說明了其合理性和可用性。然后,圍繞起落架緩沖系統(tǒng)參數(shù)進行研究,先對現(xiàn)有的起落架緩沖器參數(shù)工程估算方法進行了改進。接著對緩沖器參數(shù)進行敏感性分析和回歸分析,進而基于分析模型進行起落架緩沖性能的多目標的優(yōu)化分析,結果表明,緩沖支柱力比優(yōu)化前下降了3.11%;基于代理模型進行起落架航向載荷的優(yōu)化分析,確定設計參數(shù)。此外,基于試驗數(shù)據(jù)對起落架緩沖系統(tǒng)中部分經驗參數(shù)進行了參數(shù)擬合,結果表明,多變指數(shù)為1.127,縮流系數(shù)為0.839,緩沖系統(tǒng)效率為67.3%,且相應的回歸方程的擬合精度很高。最后,將數(shù)字化工程的方法,應用到大型客機起落架緩沖系統(tǒng)的方案設計中,開發(fā)了參數(shù)計算、緩沖性能、二次開發(fā)、數(shù)據(jù)庫應用等方面的程序,并給出了在方案設計階段,大型客機起落架緩沖系統(tǒng)的設計方案。采用程序流圖和數(shù)據(jù)流圖對程序進行了說明,運用建模和數(shù)據(jù)庫工具進行了程序建模和數(shù)據(jù)存儲等操作,提高了技術人員在方案設計階段對緩沖系統(tǒng)的設計效率。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V226
【圖文】：

（4）輪胎動力學先前起轉、回彈載荷的研究未涉及輪胎的縱向剛度問題。而輪胎也是緩沖系統(tǒng)的重要組成部分，其性能對起轉、回彈載荷有影響。航空輪胎屬于特殊輪胎范疇，其單胎負荷遠遠高于常規(guī)汽車輪胎所承受的負荷，在飛機著陸沖擊的一剎那，輪胎需要承受非常大的沖擊力，在飛機起飛著陸時，不僅要支撐飛機重量，還要實現(xiàn)快速變速。而這就需要航空輪胎具有良好的耐磨性、耐熱性以及制動性等性能特征。整體來講，相對于一般的汽車輪胎，在研發(fā)技術、成品標準以及可靠性能等方面，航空輪胎的要求普遍更高一些，不過在發(fā)展速度和應用現(xiàn)狀等方面，航空輪胎不如一般的汽車輪胎。飛機行業(yè)的特殊性對重復使用提出了非常高的標準與要求，此行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與變革在一定程度上催生了新結構航空輪胎的出現(xiàn)。1983 年中旬左右，米其林等貴公司率先設計出了新型子午線航空輪胎，這意味著航空輪胎進入了一個新的發(fā)展時代。相較于斜交航空輪胎，子午線航空輪胎的結構作了很大改變，具體表現(xiàn)為三點：一是和于子午線方向保持平行關系的胎體存在一個一定夾角的帶束層；二是子午線方向的胎體存在一個一定夾角的帶束層；三是帶束層以及胎體簾線的剛度等部分參數(shù)作了一些改變，相對于斜交航空輪胎，子午線航空輪胎不僅質量輕、變形程度小，并且生熱低、耐久性能佳等。

（4）輪胎動力學先前起轉、回彈載荷的研究未涉及輪胎的縱向剛度問題。而輪胎也是緩沖系統(tǒng)的重要組成部分，其性能對起轉、回彈載荷有影響。航空輪胎屬于特殊輪胎范疇，其單胎負荷遠遠高于常規(guī)汽車輪胎所承受的負荷，在飛機著陸沖擊的一剎那，輪胎需要承受非常大的沖擊力，在飛機起飛著陸時，不僅要支撐飛機重量，還要實現(xiàn)快速變速。而這就需要航空輪胎具有良好的耐磨性、耐熱性以及制動性等性能特征。整體來講，相對于一般的汽車輪胎，在研發(fā)技術、成品標準以及可靠性能等方面，航空輪胎的要求普遍更高一些，不過在發(fā)展速度和應用現(xiàn)狀等方面，航空輪胎不如一般的汽車輪胎。飛機行業(yè)的特殊性對重復使用提出了非常高的標準與要求，此行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與變革在一定程度上催生了新結構航空輪胎的出現(xiàn)。1983 年中旬左右，米其林等貴公司率先設計出了新型子午線航空輪胎，這意味著航空輪胎進入了一個新的發(fā)展時代。相較于斜交航空輪胎，子午線航空輪胎的結構作了很大改變，具體表現(xiàn)為三點：一是和于子午線方向保持平行關系的胎體存在一個一定夾角的帶束層；二是子午線方向的胎體存在一個一定夾角的帶束層；三是帶束層以及胎體簾線的剛度等部分參數(shù)作了一些改變，相對于斜交航空輪胎，子午線航空輪胎不僅質量輕、變形程度小，并且生熱低、耐久性能佳等。

【參考文獻】

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本文編號：2727304