中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文
第1章 绪论
起落架是飞机重要的部件之一，在飞机的起飞、着陆等过程中发挥着至关重要的作用。现代飞机起落架大多数为可收放式起落架，在飞机起飞后收进舱内，以求减小飞机阻力，节省油耗。起落架能否有效收放关乎飞机飞行安全，具有重大的研究意义。
1.1 论文背景
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，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[1]。
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]。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。
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A320主起落架收放原理分析及运动仿真
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。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。
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。
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。
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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，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。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就开发与运用了起落架动态仿真与优化CAD/CAE集成软件系统SIMPACK。在研制的初步阶段，根据起落架的设计要求，由起落架的模型库滑跑、刹车、牵引、转弯等方面的动态力学数学模型，用计算机精确地模拟起落架的上述性能(以往都是大量的试验来确定研制中的起落架的性能)，然后再对一些主要部件进行最优设计。由于开发与应用了起落架现代设计技术，研制样品的费用与周期大为降低。意大利DAUTI公司70年代就已建立了起落架CAD/CAE系统，并应用于各种起落架产品研制中。
从检索到的文献来看，在起落架仿真方面的研究主要都是集中在某一个机构或部件上
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的。比如缓冲器的缓冲性能分析、滑落摆振分析、防滑刹车的研究，但是在起落架一体化的运动特性仿真研究中，各个分布质量所受到的力、速度、加速度的大小等等动力学特性仿真研究却涉及的很少，而这些也是起落架整体特性的关键。有的虽然在起落架一体化仿真方面做过研究，但都仅限于结构布局设计，机构运动分析。
1.3 研究内容
内容本文首先介绍了可收放式起落架，并介绍了起落架的各种收放形式，以空客A320为例，详细分析了起落架的收放原理。使用三维软件Pro/E制作出A320主起落架各个部件的三维模型，并组装成起落架的三维模型，进行主起落架运动仿真模拟。 其主要内容有：
（1）总结了起落架的各种结构形式及收放方式，针对A320飞机起落架的收放机构进行了功能原理和收放运动分析。
（2）介绍CAD/CAE技术，应用pro/E软件[4]建立了A320飞机主起落架的零部件的三维模型，并进行了装配。
（3）使用Pro/E软件中的“机构”功能，对A320主起落架进行运动仿真。 （4）总结本文,详细介绍本次设计的心得。
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