1.2飞机起落架的布置形式起落架的布置形式是指飞机起落架支柱(支点)的数目和其相对于飞机重心的布置特点。目前飞机上通常采用四种起落架形式图1.1 后三点式起落架后三点式起落架这种起落架有一个尾支柱和两个主起落架。并且飞机的重心在主起落架之后。后三点式起落架多用于低速飞机上因此在四十年代中叶以前曾得到广泛的应用。目前这种形式的起落架主要应用于装有活塞式发动机的轻型、超轻型低速飞机上。优点①在飞机上易于装置尾轮。与前轮相比尾轮结构简单尺寸、质量都较小。②正常着陆时三个机轮同时触地这就意味着飞机在飘落(着陆过程的第四阶段)时的姿态与地面滑跑、停机时的姿态相同。也就是说地面滑跑时具有较大的迎角因此可以利用较大的飞机阻力来进行减速从而可以减小着陆时和滑跑距离。因此早期的飞机大部分都是后三点式起落架布置形式。缺点①大速度滑跑时遇到前方撞击或强烈制动容易发生倒立现象(俗称拿大顶)。因此为了防止倒立后三点式起落架不允许强烈制动因而使着陆后的滑跑距离有所增加。②如着陆时的实际速度大于规定值则容易发生“跳跃”现象。因为在这种情况下飞机接地时的实际迎角将小于规定值使机尾抬起只是主轮接地。接地瞬间作用在主轮的撞击力将产生抬头力矩使迎角增大由于此时飞机的实际速度大于规定值导致升力大于飞机重力而使飞机重新升起。以后由丁速度很快地减小而使飞机再次飘落。这种飞机不断升起飘落的现象就称为“跳跃”。如果飞机着陆时的实际速度远大于规定值则跳跃高度可能很高飞机从该高度下落就有可能使飞机损坏。③在起飞、降落滑跑时是不稳定的。如过在滑跑过程中某些干扰(侧风或由于路面不平使两边机轮的阻力不相等)使飞机相对其轴线转过一定角度这时在支柱上形成的摩擦力将产生相对于飞机质心的力矩它使飞机转向更大的角度。④在停机、起、落滑跑时前机身仰起因而向下的视界不佳。基于以上缺点后三点式起落架的主导地位便逐渐被前三点式起落架所替代目前只有一小部分小型和低速飞机仍然采用后三点式起落架。图1.2前三点式起落架2.2 A320飞机起落架分析2.2.1 A320飞机起落架的概述空客A320起落架该起落架为常规前三点可收放式由一个前起落架和两个主起落架组成。起落架可起降60000次。生命周期的耐久性设计参照于FAR和JAR(不考虑损伤容限)主起落架的检修相隔时间是20000次着陆或者10年。起落架的操控由传感器和两套独立的起落架控制单元电脑(LGCIU)电传操纵。前起落架装有油液氮气式缓冲支柱和一对机轮。机轮为双轮连锁形式。为了改善飞机滑行时的灵活性前起落架机轮是可操纵的。当起落架离开地面时机轮在纠偏机构的作用下回到中立位置。每个主起落架装有油液氮气式缓冲支柱和一对机轮其中每个机轮有一个液压刹车装置。前、主起落架的正常收放用液压系统进行在飞行中均收到机身内。如图2-1。图 2-1 A320飞机起落架总体布局外形空客A320飞机飞机起落架具有如下特点1常规前三点式起落架直接作用式油气缓冲器。2主起落架侧向收起前起落架前向收起。3两套起落架交互式控制单元LGCIU的电传操纵。4具有自由放下液压驱动应急弹下两种模式。5对起落架的回收释放进行交互式使用。6一套LGCIU系统失灵另一套系统可切换控制。7在速度高于260节时通过液压来自动使起落架降压以防止变速杆卡在中性位置。8利用新型探测器来代替微型开关来进行位置传感。左右轮距7.59m如图2-2。图2-2 主起落架左右轮距2.2.2 A320飞机起落架的收放分析A.主起落架收放运动在起飞过程中主起落架上的载荷逐渐减少。飞机起飞过程中减震器会逐渐伸长使得支柱轴向的长度增加。这使飞机在起飞过程中以大迎角滑行。当起落架要向上收起的时候液压操纵门会打开以便起落架收入起落架舱。下位锁作动筒将锁支柱解锁主起落架作动筒将主起落架收入起落架舱。在起落架收回过程中刹车/转向控制组件会自动地进行短时间的刹车,这样可以阻止刹车机轮在收入起落架舱前的旋转。在主起落架锁入主起落架舱之后液压操纵门会关闭。当起落架要放下的的时候液压操纵门会先打开。收回的作动筒会伸展使起落架支柱放下伸出。侧边支柱和锁支柱会移到正中位置上面使起落架在放下位置锁住。在起落架放下之后门会关上。起落架放下之后减震器吸收着陆载荷。如图2-6所示图2-6主起落架收放示意图3.起落架零件组的强度计算3.1飞机前起落架的材料属性前起落架减震支柱结构为复杂的三维结构材料为 300M其安全工作许用力为 947~1050MPa。材料的弹性模量为210e3MPa泊松比为 0.28。3.2飞机前起落架的整体约束和受力分析任何实际的结构都必须设置和支承于某一基础或者其它结构上才能承受外载荷正常和可靠地工作。相应的有限元计算模型必须根据工程实际施加约束才能保证计算顺利进行并能使计算结果与实际情况吻合。在传力过程中约束部分将承受反力同时也阻止结构在约束方向的位移。根据图3.1可以看出前起落架结构复杂在实际工作中地面载荷通过机轮轮胎传递给轮轴轮轴再传给内筒然后由内筒将地面载荷传递到外筒上内、外筒之间的腔内充满高压油气用来吸收地面冲击能量外部还有扭力臂相连。整个前起落架的减震支柱外筒是通过圆柱形撑杆与飞机机身相连的。因此如何才能真实模拟实际约束和受载情况就十分重要了。3.1 前起落架结构图收放撑杆为二力杆主要承受拉压力的作用不承受弯矩由于收放撑杆不是我们要考虑的部位只对其制作了简单的模型采用圆柱结构。但由于收放撑杆是与坐标轴不平行的斜支撑不能简单的用坐标轴方向的约束替代同时还要实现它是二力杆的功能我们采用了等效杆单元来模拟。等效杆单元法即所谓的“代替杆法”。它是在斜支座作用点处用一根与斜支座轴线重合的杆件来代替实际约束图 3.2代替杆的截面面积与实际杆件截面面积相当代替杆的另一端用铰支座约束。具有这样横截面面积的杆件其轴向刚度与被代替的约束的轴向刚度相等其产生的效果同斜支座是等效的。代替杆的轴力也就是斜支座的支反力这样处理的优点是只需要增加几个额外的杆件和节点无需对程序等作任何的改变。4.2.1.A320前起落架运动仿真首先导入已经建好的起落架零部件模型。不要一次性全部导入否则可能由于零部件过多造成整个界面的混乱。将插入的零部件再定义成Motion里面的体。定义体的时候最好最好按由上自下的方法插入部件部件最好是跟前面插入的部件存在装配关系这样可以边插入边装配避免所有部件插入之后再装配造成的混乱。这里并不在CATIA模块进行装配因为在CATIA模块装配的话可能造成约束关系重复收放运动时应具备的自由度可能就被约束住了。这些约束在装配时可以随意调整各个零件在装配件中的位置使装配图能够充分反映各个零件的位置和作用。但在运动模拟时这些“多余”的约束则会影响起落架收放系统运动过程的模拟使得模拟过程出错。由于装配过程中的约束凌乱而繁多所以这里选择在创建运动副时再重新生成约束而不进行单独的装配。根据A320前起落架收放系统的运动形式和各零件的之间的关系定义合适的运动副其中有旋转副、圆柱副、固定副、平移副等21个运动副。所有的运动副都加好后其自由度应等于2DOF2装配过程中的各零件之间的约束也同时生成。约束加载完成后的界面如图4-2所示。图4-2 前起体全部定义完成及约束加载完成后的界面