飞机起落架系统摆振动力学研究进展

摆振是起落架支柱侧向运动与围绕支柱的扭转运动相互耦合产生的自激振动,对飞机地面滑行的操纵性与安全性等具有很大的危害,是起落架系统设计中重点关注的动力学问题之一。摆振主要有“轮胎型”和“结构型”2类,可以采用动力学理论建模、多体动力学数值分析与全尺寸物理试验等方法对起落架系统的摆振特性进行研究,已发展了线性与非线性理论建模方法和数值工具,建立起了起落架摆振试验系统,也开展了全机瞬态激励下的滑跑稳定性试验。为防止摆振问题的产生,在认识摆振机理的基础上,研究者广泛而又深入地研究了起落架设计参数、轮胎参数、机体特性等对滑跑动响应与稳定性的影响,在获得各种设计参数对起落架摆振稳定性影响的基础上,发展了摆振动力学优化设计方法和智能器件与半主动/主动控制的摆振抑制方法,并开展了试验验证或装机演示验证。结合未来飞机平台的发展和起落架技术的创新,对起落架摆振动力学问题的未来发展方向进行了展望。     

飞机柔性前起落架摆振仿真分析

前轮摆振是飞机地面动力学中的重点研究课题。基于多体动力学理论,采用有限元方法及点线吻合的方法处理缓冲器的柔性问题,建立了前起落架全柔性体摆振动力学模型,并采用起落架静力试验的结果对模型进行校验;给出了以飞机速度和防摆阻尼系数组成的飞机摆振稳定区域图;研究了轮胎的侧向刚度与转动间隙对临界防摆阻尼的影响。结果表明：采用点线...     

考虑结构因素的起落架摆振稳定性分析及优化

以考虑侧向柔性和陀螺特性的摆振数学模型为例,研究了起落架摆振结构因素的影响.采用代数稳定性判据、状态空间法等方法进行了稳定性分析,得到了有关侧向刚度、偏摆刚度和稳定距等结构因素的稳定性区域,以及幅相特性曲线.而且对于起落架摆振优化,提出了基于遗传算法的PID主动控制策略.仿真结果表明,方法有效抑制了各种结构参数组合下摆振的发生,使得受控系统具有一定的强鲁棒性.     

飞机柔性对前起落架摆振的影响分析

以某型客机为对象,研究了飞机滑跑时前起落架的摆振动力学问题.基于多体动力学理论,采用子结构模态综合法将关键部件柔性化,建立了计及前起落架和机身弹性的全机地面滑跑刚柔耦合动力学模型,并进行了摆振稳定性仿真分析.采用起落架静力试验和模态试验的结果对模型进行校验,仿真结果与试验结果吻合较好.给出了以飞机速度和防摆阻尼系数组成...     

飞机起落架落、摆振试验的机体刚度模拟器研制

介绍一种机体刚度模拟器的设计技术，该项技术能真实体现出起落架落、摆振试验中飞机机体的弹性支持，使起落架的试验边界条件更加接近实际情况。该项技术对于全面考核飞机起落架的着陆裁荷和滑跑稳定性具有重要的使用价值。     

国内外起落架摆振研究进展及工程防摆设计的若干思考

飞机起落架的摆振严重影响着乘员的舒适度以及机体、起落架的使用寿命,因此起落架摆振是飞机结构动力学的重要研究课题之一。从摆振的最初理论基础出发,全面阐述了摆振产生的机理和防摆设计中需要重点考虑的因素;综述了国内外飞机起落架摆振研究的概况和最新进展;从工程设计角度,提出了起落架摆振验证的验证思路和方法。     

支柱式前起落架摆振性能研究

为了研究支柱式前起落架的摆振性能,建立了双轮式摆振方程组。在线性参数方面,研究了支柱柔性和陀螺力矩对摆振性能的影响;在非线性参数方面,研究了扭转间隙和库仑摩擦对摆振性能的影响。研究结果表明支柱刚度不足时会发生"结构性摆振";支柱扭转间隙过大时会发生"间隙性摆振",这两者必须予以避免;陀螺力矩对摆振影响不大且偏安全,常可忽略;使用过程中库仑摩擦的减小会降低系统的减摆储备能力。     

非直线滑跑飞机的摆振与滑跑稳定性

在非惯性坐标系中建立了起落架支柱的动力学模型。与飞机地面运行的六自由度模型结合，可以考察非直线滑跑飞机的起落架摆振现象及飞机地面滑行的方向稳定性。以Ｋ８飞机为例，考察了非直线滑跑模型与传统的直线滑跑模型的摆振特点及飞机的滑跑稳定性。算例结果合理，表明模型可供有关研究参考。     

起落架摆振控制及试验研究综述

从摆振控制和摆振试验两个方面回顾起落架摆振研究中的问题.列举起落架摆振控制研究中采用的控制算法,给出各种控制算法的效果和局限性.分析了各种起落架摆振试验,介绍了摆振试验所获得的有益结果.指出摆振控制相关试验研究不足和摆振试验耗费高的特点,提出了今后起落架摆振现象研究的方向.     

Shimmy analysis of a simple aircraft nose landing gear model using different mathematical methods

Shimmy oscillations are still a problem in design and operation of aircraft landing gears, and accurate and appropriate analysis is required to master the task. Based on a nonlinear model of the mechanics of the landing gear and tire elasticity according to elastic string theory, some well known linear and nonlinear mathematical methods are applied to the shimmy analysis of a simple model of a nose gear: Computing eigenvalues, solving analytically the stability boundaries with a parameter space method, getting limit cycles by analytical formulae from describing functions, and last but not least numerical simulation of time histories. It seems that linear or quasi linear methods and analytical solutions are well suited to obtain extensive insight, respecting limitations of these methods. Numerical simulation on the other hand is a valuable tool for pointing out specific effects of a nonlinear system in large amplitude regions.     

轮胎刚度特性对大型民机前起落架摆振影响研究

轮胎刚度作为轮胎动力学模型的重要参数之一,研究其对大型民机前起落架摆振的影响规律,可以从前起落架防摆设计的角度为轮胎刚度设计提供参考依据。基于前起落架摆振非线性数学模型,使用Matlab/Matcont 软件计算不同轮胎扭转刚度、轮胎侧弯刚度下的摆振区域图;研究轮胎扭转刚度、轮胎侧弯刚度对前起落架摆振的影响规律,并对比二者对前起落架摆振影响的敏感度。结果表明：对前起落架摆振影响的敏感性,轮胎扭转刚度大于轮胎侧弯刚度;轮胎回正力矩系数每减小1%,扭转摆振最大临界阻尼减小0.88%,侧向摆振中速区最小临界减摆阻尼增大33.87%;减小轮胎扭转刚度,增大轮胎侧弯刚度有利于抑制大型民机前起落架摆振。     

考虑减摆器非线性特性的前起落架摆振分析

飞机的前起落架摆振通常在飞机起飞或降落滑跑的过程中发生,对飞机的稳定性和操纵性产生危害,是一种严重的飞机故障。针对某型号无人机,基于动量矩定理,建立考虑起落架侧弯、扭转的摆振数学模型,讨论使用传统油液阻尼减摆器和电磁阻尼减摆器时不同的动力学模型。对于传统油液阻尼减摆器,采用等效线性模型,得到摆振临界稳定阻尼曲线的上下边界;而对于电磁阻尼减摆器的非线性模型,使用分岔分析理论确定系统的摆振稳定区域。结果表明：过大的减摆阻尼对摆振无法起到抑制的作用,得到控制参数平面上摆振的稳定区域,可为后续的起落架减摆设计提供参考。     

Investigation of landing gear wheel shimmy taking into account damper frequency characteristics

A mathematical model and a technique for calculating the rolling motion stability of the damper-equipped landing gear wheel are presented; the dependence of dynamic damper rigidity on frequency found experimentally is used in the investigation. The results of calculating the shimmy boundaries with and without regard for the dependence indicated are given.     

Bifurcation analysis of dual-sidestay landing gear locking performance considering joint clearance

Sidestay lock mechanism is an important part of landing gear system, and the locking performance can be analyzed based on changes in its stability. However, during numerical continuation analysis of fully-rigid dual-sidestay landing gear without clearance, it has been found that the appearance of bifurcation points does not necessarily imply that both sidestay links can be locked synchronously. This problem reveals the limitations of fully-rigid model with ideally-articulated in solving dual-sid...     

支柱式前起落架系统刚度与摆振稳定性研究

系统刚度（航向、侧向和扭转刚度）是支柱式前起落架设计的重要指标,探明系统刚度对摆振稳定性的影响规律,对起落架的防摆设计具有重要意义。采用改变缓冲器初始气体压力的方式,分析缓冲器行程对系统刚度的影响规律,研究系统刚度对支柱式前起落架摆振的初始扭转角、收敛时间、收敛比例和稳定区域的影响。结果表明：增大支柱式前起落架系统刚度,可提升防摆性能,但同时会造成初始扭转角和摆振收敛时间的增加,这会降低起落架抵御外界干扰的能力,因此,不能过度增加支柱式前起落架系统刚度。     

锯齿单元对起落架/舱体耦合噪声抑制试验

当前中国民用飞机高速发展,噪声排放问题受到广泛关注。在飞机起降阶段,飞行高度较低且处于机场附近,其噪声直接影响到机场地面周围环境。该阶段内起落架噪声占比较大,成为研究的重点。此外,起落架在收放过程中,除自身脱落涡产生的噪声外,当起落架舱门开启时,舱体空腔内产生自持性振荡噪声,与起落架噪声一起形成更为复杂的起落架+舱体耦合噪声,直接影响到整个着陆系统噪声水平,因此研究起落架与舱体耦合噪声产生机理和抑制措施显得尤为必要。以简化的起落架及其舱体为研究对象,提出一种低马赫数（0.2Ma/0.25Ma）条件下,利用前缘锯齿扰流单元对起落架/舱体耦合噪声进行抑制的方法,并在0.55 m×0.4 m航空声学风洞进行试验验证。首先,从起落架及其舱体耦合噪声产生原因进行分析,分别明确起落架和舱体在耦合噪声各个频段的贡献作用。随后,在舱体空腔前缘安装锯齿扰流单元,以改变自由来流状态,验证降噪措施;同时采用参数化研究方法,研究锯齿扰流单元不同偏角对降噪效果的影响。最后,将起落架模型安装于舱体空腔内,分析锯齿扰流单元对耦合噪声的抑制能力。研究结果表明,锯齿形扰流单元对舱体腔体噪声与起落架/舱体耦合噪声具有明显降低作用,在本试验条件下,30°安装角最佳。预期成果可以应用于起落架/舱体耦合降噪。     

船身式水陆两栖飞机起降飞行仿真研究

水陆两栖飞机地面和水面起降特性需要满足适航规章的要求,有必要在飞机方案的优化设计过程中建立准确的计算分析方法来开展评估,以保证飞机方案的适航符合性、降低设计更改风险。基于滑行艇水面滑行水动力分析方法、地面起落架多体动力学建模方法及 Matlab / Simulink 仿真环境,分别建立某船身式水陆两栖飞机水面、地面起降的飞行仿真模型,数学模型中包含飞机本体飞行力学模型、水动力模型或起落架模型,通过对算例飞机水面和地面起飞过程开展飞行仿真,得到飞机各运动状态变量、起落架参数、水动力等的时间历程,并与飞行试验、水池试验数据进行对比分析。结果表明:所建立的船身式水陆两栖飞机地面、水面飞行仿真方法达到了型号设计的精度要求,仿真结果与试验试飞结果吻合得较好。     

基于分离涡模拟的起落架气动噪声研究

用基于SA湍流模式的非定常RANS、分离涡模拟(DES)和延迟分离涡模拟(DDES)分别对四轮基本起落架模型进行了数值模拟,并根据所得的非定常流场计算了表面声压级分布和声压谱。三种方法所用的时间成本大致相同,URANS略低于其它两种,而DDES由于在附着流动区更好地保持RANS特性,故时间成本略低于DES。计算显示,非定常RANS在附着流动区能够得到合理的结果,但不能准确刻画分离流动的流动形态。DES和DDES都能较好地刻画起落架绕流的定常和非定常特性,DDES的结果略好于DES。因为起落架流动属于大分离流动,所以DES也能够得到相对正确的结果。研究结果验证了分离涡模拟在起落架大分离非定常流动预测与噪声预测中的可行性,对减小起落架噪声的方法研究具有一定的意义。     

舰载机着舰舰面效应及其补偿方法研究

根据舰面效应的作用机理,分析了舰面效应对舰载机着舰的影响,总结了舰载机在不同着舰模式下的舰面效应补偿方法.针对舰载机自动着舰模式,通过分析舰面效应所产生的附加升力造成的着舰偏差,提出了引导信号指令修正的舰面效应补偿方法,并给出了舰面效应自动补偿方法的具体流程,分析了自动补偿方法的特性及其应用面临的关键问题.