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目 录
第一章 绪论.................................................................................................................. 6
1.1工程背景.......................................................................................................... 8
1.1.1可收放式起落架及其安全性............................................................... 8 1.1.2起落架现代设计技术........................................................................... 8 1.2国内外研究现状.............................................................................................. 9 1.3本文研究内容................................................................................................ 11 第二章 可收放起落架及其运动分析........................................................................ 12
2.1起落架结构形式简介.................................................................................... 12 2.2起落架收放方式............................................................................................ 13
2.2.1.主起落架收放方式............................................................................. 13 2.2.2前、后起落架收放方式..................................................................... 14 2.3 A320飞机起落架分析 .................................................................................. 14
2.3.1 A320飞机起落架概述 ....................................................................... 14 2.3.2 A320飞机起落架收放运动分析 ....................................................... 17 2.4小结................................................................................................................ 19 第三章 起落架数字样机的建立................................................................................ 20
3.1数字样机技术................................................................................................ 20 3.2 CATIA V5简介 ............................................................................................. 21 3.3起落架数字样机............................................................................................ 22
3.3.1.零件建模............................................................................................. 22 3.3.2.装配..................................................................................................... 28 3.4 小结............................................................................................................... 30 第四章 A320起落架运动学仿真.............................................................................. 31
4.1 多体运动学简介........................................................................................... 31
4.1.1多体运动学基础理论......................................................................... 31 4.1.2 多体运动学基本理论........................................................................ 33
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4.2 LMS Virtual.lab简介 .................................................................................... 34 4.3A320起落架多体运动学仿真....................................................................... 35
4.3.1.A320前起落架运动仿真................................................................... 36 4.3.2A320主起落架运动仿真.................................................................... 42 4.5小结................................................................................................................ 46 第五章 A320起落架动力学仿真.............................................................................. 47
5.1 多体动力学基本理论................................................................................... 47 5.2 A320起落架多体动力学仿真 ...................................................................... 48
5.2.1.............................................................................................................. 48 5.2.2载荷加载............................................................................................. 53 5.3动力学仿真分析............................................................................................ 56
5.3.1前起落架动力学仿真分析................................................................. 56 5.3.2主起落架动力学仿真分析................................................................. 58 5.4小结................................................................................................................ 60 第六章 A320全机滑跑仿真...................................................................................... 61
6.1 A320飞机全机外形建模 .............................................................................. 61
6.1.1A320飞机全机外形建模.................................................................... 61 6.1.2全机装配............................................................................................. 62 6.2起落架轮胎力及减震器设置........................................................................ 63
6.2.1起落架轮胎力设置............................................................................. 63 6.2.2起落架减震器设置............................................................................. 64 6.3全机滑跑模拟................................................................................................ 66 6.4小结................................................................................................................ 68 第七章 总结与展望.................................................................................................... 69
7.1工作总结........................................................................................................ 69 7.2研究展望........................................................................................................ 69 参考文献...................................................................................................................... 71
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第一章 绪论
1.1工程背景
1.1.1可收放式起落架及其安全性
为了减小飞行中的阻力，现代飞机的起落架通常是可收放的。即在起飞后，将起落架收入飞机内部（机翼或机身内）并关闭起落架舱；着陆前，再放下起落架，将之固定在一定的位置并可靠地锁住。主起落架收放的基本形式有沿翼展方向收放和沿翼弦方向收放两种[1]，而前起落架一般沿机身方向顺风收起。收放任务由收放执行机构完成，它的作用是按指定的运动形式，将起落架准确地收或放到飞机上的指定部位，收放机构一般采用四连杆机构。
在我国，飞机结构的合理性、安全性一直受到包括飞机行业政府部门、飞机生产企业和普通乘客在内的共同关注。一方面，政府部门制定了强制性的飞机设计安全法规；另一方面，广大乘客在乘坐飞机时，将其安全性作为重点考虑的内容。
现代飞机起落架系统在飞机的所有工作部件中起着至关重要的作用，其工作状态直接影响到飞机起飞、着陆性能的实现与飞行安全。由于现代飞机空地循环周期缩短，寿命期内地面运动距离增长，因而致使起落架结构所承受的动载荷较大，造成系统工作环境复杂，出现故障较多。在现代飞机起落架的各个工作部件中，收放机构在使用中发生失效的概率是比较高的。现代飞机起落架收放机构常见故障有：收放机构（特别是连接部位）出现疲劳裂纹；减震装置密封损坏而漏油泄气，使减震性能下降而载荷增大；收放机构变形过大导致卡阻；位置锁失效而无法上锁等等。例如：1998年9月10日。中国东方航空公司MD-11型2173号飞机在前起落架无法放下的情况下，在上海虹桥机场喷洒泡沫灭火剂的跑道上实施迫降，飞机损坏。经调查研究发现：因为收放机构中的构件损伤而导致起落架放不到位，致使飞机迫降事故发生的概率为34.4%[2][4]。另据资料统计，1993-2003年十年间，各类飞机因起落架系统故障引起的飞行不正常事件占不正常飞行事件总数的15%，而其中因起落架收放系统故障引起的事故就占到了23%[3]。基于上述现状，进一步加深对起落架收放系统的研究显迫切而重要。
1.1.2起落架现代设计技术
我国飞机起落架型号的研制，大多仍采用传统的仿制和测绘改型设计方法,尤其在收放系统设计中，干涉、动力学分析等因素显得不太重要，因而基本不予
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考虑。近年来，伴随着我国新机种的设计，国内开始自行设计起落架系统，尤其是大型飞机的起落架系统。但目前起落架型号研制从设计、试验、定型，到通过试飞条件下的极其严格的考核，平均需五至十年，要经过许多次设计修改循环，而目前美欧国家新型起落架型号平均只需二至三年，一种起落架改型甚至只要六个月就可基本完成，造成这种研制周期的差异的主要原因是国外普遍采用了起落架现代设计技术。
现代设计技术是由设计方法学、优化设计技术、有限元技术、控制技术、系统仿真技术及CAD技术等基础技术组成的。CAD技术经过了三十多年的开发，已越来越成熟,像CATIA、UG、PRO/E那样的大型集成CAD支撑系统已能实现三维造型、有限元分析、优化计算、绘图、数控加工编程一体化，使设计、分析、试验和制造的全过程中的所有工作能同时完成。更有了像LMS Virtual.lab、ADAMS那样的机械系统运动学/动力学模拟与仿真、优化软件包，可分析、优化机械产品性能。根据国际权威人士对机械工程领域产品性能试验和研究开发手段的统计和预测，传统的机械系统实物试验研究方法，将在很大程度上会被迅速发展起来的计算机数字化仿真技术取代。起落架现代设计技术是以“起落架现代设计理论与现代设计方法(例如动态优化设计、有限元、仿真、可靠性技术、控制技术等)”为基础，以“计算机及CAD”为工具，以“实现起落架设计自动化、优化起落架整体性能为目标”的综合技术。
发达国家对于起落架收放系统的研究比较成熟，设计过程采用了一些功能强大的仿真软件，因而能够对起落架收放系统分析得较为全面。例如世界上最大的起落架系统供应商Goodrich公司与LMS美国的工程咨询部合作，为空客A380的Goodrich起落架实现模态试验。起落架装置模态振型的选取中，通过LMS Test.Lab显示所有的测量FRF的求和，能够快速了解模态共振的情况。根据采集获取的数据，使用LMS独特的LMS PolyMAX能够提取相互独立的模态参数，然后这些模态参数通过计算能够拟合出频响函数。在测量的频响函数和拟合频响函数之间具有很好的相关性，LMS模态分析方法能够精确地重建测量获得FRF。由LMS公司对起落装置系统进行试验模态分析，这使得Goodrich公司能够验证相当复杂的机械系统的有限元模型。
关于收放系统的设计和分析，现阶段在我国主要还是采用传统的方法，尚未有通过LMS软件建立对应真实物理部件的动力学仿真模型。目前国内的许多科研院所也开始引进LMS，应用于解决起落架及其它动力学系统的工程设计及分析。
1.2国内外研究现状
起落架的收放机构运动复杂，起落架的收放，上、下位锁开锁和上锁，舱门的打开和关闭等均要正确匹配和协调，否则将会发生飞行事故。
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我国开展了与起落架现代设计技术密切相关的专题研究，并取得了一大批研究成果，其中有些达到世界先进水平，如变油孔双腔缓冲器设计技术，飞机前轮防摆技术，飞机地面运动动力学分析技术，长寿命、高可靠性起落架设计及寿命评估技术，起落架结构优化设计技术，起落架收放系统仿真分析技术，起落架主动控制技术等，这些成果部分地应用于型号研制中，并取得了一定效果。许多学者与研究生在理论方面也开展了一系列研究工作。《起落架设计与评定技术指南》集中反应了我国近年来在起落架现代设计理论与方法方面的进展情况。但与国外相比，我国的大量研究成果是分散的，孤立的，没有作为模型、算法或程序模块集成于一套系统中，成为设计师的实用工具，更没有在高水平的硬件与软件平台上形成一套先进、实用、高效的起落架专业CAD/CAE软件系统，因而我国型号研制基本上仍是完全采用传统模式，费时、费力、耗资。
国内起落架的研究软件主要有南京航空航天大学和西北工业大学共同开发的起落架设计分析软件系统LCAE，功能比较强大，能进行结构布局设计、起落架机构运动分析或应力分析、有限元总体应力分析、变形及载荷分析、缓冲性能分析、损伤绒线分析、及破坏危险性分析。可以实现图形及文本的前处理功能、后处理功能、分析程序的过程处理功能。另外还有南京理工大学和沈阳飞机研究所的起落架设计专家系统ALGDES[5]，它能进行结构布局设计和强度分析、系统空间位置造型仿真机干涉分析，它建立了起落架设计的知识表示形式和组织形式，即专家系统。北京航空航天大学和西北工业大学都做过起落架防滑刹车系统的机械装置和仿真软件。有人研究了飞机接地时所受到的加速度的计算方法[6]，介绍了最大过载对飞行、起落架和气动力参数的敏感性。从国外文献上来看，有的从动能的角度研究了起落架摆振，还有的对在各种条件下的起落架性能进行了仿真，主要是在载荷及变形方面给予仿真。
在起落架行业，国外在大力开展起落架理论与专题研究的基础上，发展和推广应用起落架现代设计技术。在与现代设计技术密切相关的起落架专业理论研究方面，国外从六十年代开始，己做了大量专题研究工作[10][11]。如DAUTI等公司从六、七十年代起对起落架结构进行了大量实验与理论研究，在此基础上形成了一套行之有效的规范和方法。美国国家研究委员会(NRC)、朗利(Langly)研究所在七、八十代就已把有限元、模态分析技术、多体动力学和主动控制技术引入起落架问题研制中，提出了一系列新理论与分析方法。在可靠性方面，美、英、德等国的主要起落架生产厂商已分别拥有了自己的起落架可靠性设计体系，并应用于产品研制、生产中。这些起落架专题研究提供的先进理论成果，为国外起落架现代设计技术的开发与应用提供了专业理论支撑。在综合运用起落架先进理论研究成果与一般现代设计技术研究成果的基础上，国外早己开发出了一整套成熟的起落架现代设计技术及相应的起落架专业CAD/CAE一体化软件工具，并已推广应用于起落架产品研制中，取得巨大效益。德国航空宇航研究院在研制起落架中