【正文】 9。然后使用這些組件南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文15來組建一個(gè)子系統(tǒng)（例如起落架） ，并對這個(gè)子系統(tǒng)的性能進(jìn)行測試和驗(yàn)證。為了使飛機(jī)在著陸撞擊過程中結(jié)構(gòu)元件不超載，起落架必須有效地吸收著陸撞擊產(chǎn)生的能量，落震試驗(yàn)就是要驗(yàn)證起落架緩沖系統(tǒng)在滿足吸收設(shè)計(jì)功量的同時(shí)，起落架過載，支柱、輪胎使用行程是否滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)是否達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度和剛度。如果以有仿升力落震，并且仿升力值等于設(shè)計(jì)規(guī)定的升力值，則投放重量 為tM (32)dltM?式中， 為起落架當(dāng)量重量，主起落架的當(dāng)量重量為dlM (33)2/zlmdl前起落架的當(dāng)量重量為 (34)baHzlndl???如果以無仿升力落震，投放重量推導(dǎo)如下：飛機(jī)著陸時(shí)起落架需要吸收的能量包括動(dòng)能和勢能 (35))(2/LgMyVdlczdl ?落震試驗(yàn)中起落架需要吸收的能量只有重力勢能 (36))(ctH?要求 (37))()(2/ ctdlczdl y。起落架子系統(tǒng)和輪胎子系統(tǒng)分別由起落架模板和輪胎子模板建立，與 ADAMS/Aircraft 環(huán)境中的起落架動(dòng)力學(xué)分析試驗(yàn)臺（_MDI_LG_DYN_TESTRIG）裝配后就可以進(jìn)行虛擬落震試驗(yàn)。圖 3. 1 數(shù)字化虛擬飛機(jī)組件原理示意圖與實(shí)際的飛機(jī)一樣，研究者應(yīng)當(dāng)從組件開始進(jìn)行研究而不是直接進(jìn)行全機(jī)的研究。193。182。208。198。213。214。198。214。245。221。225。242。201。214。198。206。/179。181。208。206。201。187。ADAMS/Aircraft 可以在各種測試條件下建立起落架系統(tǒng)和全機(jī)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型，然后像分析和測試物理樣機(jī)那樣分析虛擬樣機(jī)，從而得到需要的結(jié)果。 [27]由以上參數(shù)決定的摩擦系數(shù)為s? （236）),( stxtrtirfg hdDPVF??? 令 ，)(1g??， ， ， ，/2trtxDd)/(3trtd)/(4trh?wtr2/)(5???， 。aout和 我們分別稱之為油液阻尼力 和空氣彈簧力 。 彈 性 支 撐 質(zhì) 量油 孔 支 撐 管上 支 撐外 筒下 支 撐油 孔內(nèi) 筒調(diào) 節(jié) 油 針 RMgmgZXZXFVDL彈 性 支 撐 質(zhì) 量水 平 方 向 彎 曲 剛 度摩 擦 阻 尼油 液 阻 尼非 彈 性支 撐 質(zhì) 量 輪 胎 垂 直 彈 簧 和 阻 尼輪 胎 水 平 彈 簧 和 阻 尼地 面 摩 擦 力氣 壓 腔（ 上 腔 ）液 壓 腔（ 下 腔 ） 空 氣 彈 簧(a)(b)圖 2. 1 起落架結(jié)構(gòu)模型和力學(xué)模型起落架力學(xué)模型如圖 所示。其主要內(nèi)容有：第二章，建立支柱式起落架著陸動(dòng)態(tài)力學(xué)模型；第三章，利用 ADAMS 建立支柱式起落架的虛擬樣機(jī)模型，進(jìn)行落震仿真分析：第四章，以 iSIGHT 為平臺，基于第三章的虛擬樣機(jī)模型建立起落架緩沖系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化流程；第五章，根據(jù)大型客機(jī)總體設(shè)計(jì)人員提供的相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)一套相應(yīng)的起落架緩沖系統(tǒng)，并利用第四章建立的優(yōu)化流程進(jìn)行起落架緩沖性能優(yōu)化設(shè)計(jì)；第六章，總結(jié)本文的工作要點(diǎn)和主要貢獻(xiàn)，提出進(jìn)一步的研究方向。2022 年，西北工業(yè)大學(xué)的李霞 [22]利用復(fù)合形優(yōu)化算法對充填參數(shù)和油孔面積的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，在對油孔面積的優(yōu)化設(shè)計(jì)中取得了較好的結(jié)果，但對內(nèi)部充填參數(shù)的優(yōu)化方面仍然采用了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中試湊的方法。國外在起落架優(yōu)化設(shè)計(jì)方面起步較早，已經(jīng)把 CAD 技術(shù)和多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化方法應(yīng)用到了設(shè)計(jì)過程當(dāng)中并進(jìn)行了深入的發(fā)展。第二個(gè)實(shí)例是對降低民用飛機(jī)前起落架顫振的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過本文的研究工作，為我國發(fā)展大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。伴隨著現(xiàn)代信息技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)（Virtual Prototyping, VP）和多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)（Multidisciplinary Design Optimization,MDO）應(yīng)運(yùn)而生，這種現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，給飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)和緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來了強(qiáng)烈的沖擊和巨大大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究2的機(jī)遇。 [2][3]起落架緩沖系統(tǒng)經(jīng)歷了鋼盤彈簧、鋼片彈簧、空氣和油液緩沖支柱的發(fā)展歷程。以某型飛機(jī)主起落架的落震虛擬樣機(jī)為例，以油針幾何形狀為設(shè)計(jì)變量，基于 iSIGHT 集成 ADAMS/Aircraft 建立了飛機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化流程。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書)作者簽名： 日 期： 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文I畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱,可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。提出了變油孔緩沖器油針幾何形狀的優(yōu)化模型。因而對于大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既要滿足其起飛重量大和結(jié)構(gòu)尺寸大的要求，又要滿足安全性、可靠性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和使用壽命的要求，使得緩沖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為大型客機(jī)起落架設(shè)計(jì)最核心的問題之一。然而這種設(shè)計(jì)技術(shù)也存在著一些缺陷和問題：一方面利用工程算法對緩沖系統(tǒng)的估算在缺乏類似機(jī)型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的情況下，使得工程算法估算的緩沖系統(tǒng)參數(shù)與實(shí)際參數(shù)可能會產(chǎn)生較大的差異；另一方面伴隨著對于起落架研制周期、研制費(fèi)用和研制風(fēng)險(xiǎn)的更高要求，也迫切需要利用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)對起落架的緩沖系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺的建立，對實(shí)現(xiàn)起落架的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化也具有重要的意義。他們通過主動(dòng)（或半主動(dòng)）起落架設(shè)計(jì)的兩個(gè)實(shí)例對二者進(jìn)行了介紹和演示。2022 年，Viana 和 Felipe .[18]等人用遺傳算法和粒子群優(yōu)化方法，以系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)特性與其模型之間的區(qū)別為目標(biāo)函數(shù)，以氣體的多變指數(shù)和阻尼參數(shù)為設(shè)計(jì)變量對非線性起落架模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于一種小型飛機(jī)非線性起落架的改性設(shè)計(jì)上。2022 年，南京航空航天大學(xué)的晉萍、聶宏 [21]以緩沖器最大載荷為目標(biāo)函數(shù)，利用 Adams軟件中的優(yōu)化器尋找出最敏感的三個(gè)設(shè)計(jì)變量：低壓腔初始壓力、油孔橫截面積和油針最下面的橫截面積，進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了較好的結(jié)果。 研究目的與研究內(nèi)容本文的研究目的就是以 iSIHGT 為優(yōu)化平臺，基于 ADAMS 的虛擬樣機(jī)技術(shù)建立一套起落架緩沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化方法，并將之應(yīng)用于大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中。除了液壓力和氣壓力之外，上下支撐處產(chǎn)生的摩擦力也對緩沖支柱的行為有一點(diǎn)影響。FsNul FssNulFsmgXZD作 用 在 外筒 上 的 力 作 用 在 活 塞筒 上 的 力作 用 在 輪 、 軸系 統(tǒng) 上 的 力IL+Sl圖 2. 2 起落架各部分受力示意圖 緩沖支柱受力分析I）緩沖器行程 等于零 [25]S彈性支撐質(zhì)量和非彈性支撐質(zhì)量在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)微分方程分別為 （21）MLNFgZSSM????Φsinco? （22）mFmV緩沖器行程 與彈性支撐質(zhì)量和非彈性支撐質(zhì)量的垂直位移 、 有如下關(guān)系S Zm （23）MZSZ??cos由公式（21）和（22）得MZ?mZ?X?VF南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文7 （24）)()Φcossin( MLmFNMmZVSS ??????由公式（23）得 （25）cos)(mZ??由公式（24）和（25）得 （26）Φtan)(ΦeSVS NMLFF???II）緩沖器行程 S 大于零緩沖支柱總的軸向力 由液壓力、氣壓力和支承處摩擦力組成，由圖 可得 （27）fpainoutapinhS FAPAP????)()(進(jìn)一步整理可得 （28）fahfahfoutpinaSF???)()(　　 　　 　　 intorPh圖 2. 3 緩沖器內(nèi)部壓力作用示意圖式中： ——通過油孔后的壓力變化； ahP? ——壓油面積（ ，見圖 ） ；ApinA? ——壓氣面積（ ，見圖 ） 。C輪胎與地面間的摩擦力為 （235）gVFD??為輪胎與路面間的摩擦系數(shù)，與以下參數(shù)有關(guān)：滑行速度 ，輪胎充氣壓力 ，輪g? fVtirP胎胎面膠厚度 ，輪胎外直徑 ，輪胎寬度 w，輪胎垂直載荷 Z，跑道宏觀表面深度 ，trdtr txd跑道表面覆水深度 h，跑道表面覆水密度 。利用該模塊可以十分方便的創(chuàng)建和修改飛機(jī)起落架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既可以對其單獨(dú)進(jìn)行分析，也可以作為全機(jī)的一部分來進(jìn)行分析，從而可以得到起落架系統(tǒng)和全機(jī)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)結(jié)果。171。220。175。201。220。168。245。228。205。165。188。214。194。203。185。213。216。178。188。195。241。175。198。圖 闡釋了基于ADAMS/Aircraft 建立飛機(jī)起落架數(shù)字化虛擬樣機(jī)的工作流程，從圖中可以看出，本章進(jìn)行的數(shù)字化虛擬起落架的虛擬落震試驗(yàn)需要兩個(gè)基本的子系統(tǒng)：起落架子系統(tǒng)和輪胎子系統(tǒng)。落震試驗(yàn)中的有效投放重量指吊籃、夾具、起落架、配重及其附加重量集合的總落體重量。 [28]對于民機(jī)而言，試驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)要求與 CCAR25 的規(guī)定大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究16內(nèi)容進(jìn)行，包括：限制落震試驗(yàn)和儲備功落震試驗(yàn)，即使用功和最大功落震試驗(yàn)。進(jìn)而通過這些驗(yàn)證了的子系統(tǒng)裝配出全機(jī)模型，用于和實(shí)際飛機(jī)試驗(yàn)相對應(yīng)的數(shù)字化飛機(jī)的虛擬試驗(yàn)。167。186。225。211。209。221。175。/206。189。/195。/184。181。240。176。205。203。212。178。243。175。240。ADAMS/Aircraft 允許研究者采用不同精度對子系統(tǒng)和組件進(jìn)行建模。aC 運(yùn)動(dòng)微分方程彈性支撐質(zhì)量和非彈性支撐質(zhì)量在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)微分方程分別為 （238）MSS ZgLNF?????Φsinco （239）mVF大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究12聯(lián)立公式（238）和（239）得 （240）gMmLZmFMV )(????緩沖器開始壓縮之前， ，公式（240）可寫成ZM? （241）)1()()( ??LV K?其中 （242）gmLK)(?由（234）和（241）得 （243）0)1()()( ????mLZNCKMZm?? ??假設(shè)在時(shí)刻 緩沖器開始壓縮，此時(shí) ，公式（238）可寫成rt fraSF?0 （244）MgNFZLfraor ???)(Φsinc)(?式中： ，為初始壓力；aaAPF0 為時(shí)刻 的靜摩擦力。結(jié)果是阻尼力與壓縮速度的平方成正比，而不是簡單的線性關(guān)系。 [5]大型客機(jī)起落架緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究6緩沖支柱中產(chǎn)生的軸向力會給上部質(zhì)量一個(gè)加速度，同時(shí)也給下部質(zhì)量一個(gè)加速度，還會令輪胎產(chǎn)生壓縮變形。油孔支撐管的作用是在上下腔之間提供一個(gè)帶有小孔的平面，當(dāng)緩沖支柱壓縮時(shí)液壓油被迫高速地流過該小孔。同時(shí)，以往的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，目標(biāo)函數(shù)往往只有一個(gè)，也就是所謂的單目標(biāo)優(yōu)化，并且優(yōu)化結(jié)果一般是局部最優(yōu)結(jié)果。國內(nèi)對起落架優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究起步較晚，然而自上世紀(jì) 90 年代以來，研究者們進(jìn)行了一系列的探索研究并取得了一定的研究成果。2022 年，Maemori 和 Kenichi[15]等人以飛機(jī)最大垂直加速度為目標(biāo)函數(shù)，以不連續(xù)的油孔面積和修正油孔面積為設(shè)計(jì)變量對半主動(dòng)控制液壓緩沖器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了緩沖器最佳油孔面積。1986 年1988 年間，Veaux 和 Jacques[11][12]提出起落架設(shè)計(jì)首先包括適應(yīng)飛機(jī)布局設(shè)計(jì)的起落架幾何定義特別是運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)還包括緩沖器的優(yōu)化設(shè)計(jì)以滿足著陸時(shí)的載荷最小化要求和滑行時(shí)的最佳舒適性要求。 [7]多目標(biāo)、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件——iSIGHT，是 Engineous Software 公司的產(chǎn)品，是目前國際上優(yōu)秀的綜合性計(jì)算機(jī)輔助工程軟件之一。為了提高油 氣式緩沖器的緩沖性能，起落架設(shè)計(jì)人員在緩沖器的結(jié)構(gòu)形式和內(nèi)部構(gòu)造上都進(jìn)行了大量的設(shè)計(jì)嘗試與改進(jìn)，如變油孔、雙腔等緩沖器設(shè)計(jì)技術(shù)，并取得了一些進(jìn)展與成果。與傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)相比較，經(jīng)過變油孔優(yōu)化設(shè)計(jì)后，前起落架使用功落震的緩沖器效率提高了