【正文】 %，支柱軸向力降低了 %，主起落架使用功落震的緩沖器效率提高了 %，支柱軸向力降低了 %。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文III摘 要以支柱式起落架為背景，在傳統(tǒng)二質(zhì)量模型的基礎(chǔ)上，考慮油液不可壓和可壓兩種情況，分別推導(dǎo)了空氣彈簧力的計算公式。作 者 簽 名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日 　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。中圖分類號： 論文編號：學(xué)科分類號： 碩士學(xué)位論文大型客機起落架緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)研究研究生姓名學(xué)科、專業(yè) 飛行器設(shè)計研 究 方 向 飛機起落裝置設(shè)計指 導(dǎo) 教 師南京航空航天大學(xué)研究生院 航空宇航學(xué)院二 О一 О年三月Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsThe Graduate SchoolCollege of Aeronautics and AstronauticsStudy on Optimization Design Technology for Landing Gear ShockAbsorbing System of Large Civil AircraftA Thesis inScience and Technology of Aeronautics and AstronauticsbyAdvised bySubmitted in Partial Fulfillmentof the Requirementsfor the Degree ofMastor of EngineeringDecember, 2022承諾書本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。并給出了一種由飛機運動學(xué)參數(shù)、輪胎幾何參數(shù)和跑道物理參數(shù)等共同確定摩擦系數(shù)的經(jīng)驗公式，用于計算地面水平反力。前起落架和主起落架的緩沖性能均得到了明顯的提高。 [5]隨著對于起落架緩沖器結(jié)構(gòu)形式和內(nèi)部構(gòu)造的改進空間越來越小，而可用于起落架緩沖器優(yōu)化的設(shè)計方法和設(shè)計工具不斷發(fā)展進步，使得如何通過緩沖器內(nèi)部參數(shù)（單腔或雙腔的充填參數(shù)、縮流孔面積和油針形狀等）的優(yōu)化設(shè)計提高緩沖性能，則逐漸進入人們的視線并成為研究的重點和熱點之一。iSIGHT 軟件將大量需要人工完成的工作由軟件實現(xiàn)自動化處理，從而替代工程設(shè)計者進行重復(fù)性、易出錯的數(shù)字和設(shè)計處理工作，因此 ISIGHT 被雅稱為“軟件機器人 ”。對這樣一個不同學(xué)科間經(jīng)常充滿矛盾的復(fù)雜的設(shè)計過程，他們?yōu)榇艘肓艘环N現(xiàn)代設(shè)計工具，即計算機輔助設(shè)計（CAD）方法，令設(shè)計過程變得更加簡單。后來，Shi, Fenghui 和 Tomomori[16]等也以飛機最大垂直加速度為目標(biāo)函數(shù)，但以油孔面積、磁流變阻尼力和活塞桿的安裝位置（磁流變阻尼力為零的位置）為設(shè)計變量對一種磁流變緩沖器進行了優(yōu)化設(shè)計。這些都為進一步的研究奠定了一定的理論基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)計變量取值上的瓶頸得到解決，優(yōu)化結(jié)果的全局最優(yōu)性有了保證，多目標(biāo)優(yōu)化也漸漸進入人們的視野，并成為當(dāng)今研究的熱點之一。液壓油流過小孔形成的壓力差會產(chǎn)生阻止緩沖支柱壓縮的抵抗作用，同時液壓油高速流過小孔并與上腔的氣體發(fā)生紊亂能夠吸收和消散掉大部分的著陸撞擊能量。如圖 所示為輪胎、內(nèi)筒和外筒的受力情況，可以看出緩沖支柱和輪胎相互影響，在進行系統(tǒng)的動力學(xué)分析時要同時考慮支柱和輪胎的作用。油液阻尼力可以通過體積流量公式推導(dǎo)出來，流過小孔的體積流量為 （29）)(2ahndPACQ???根據(jù)流體的連續(xù)性特性，體積流量可以通過壓縮速度和液壓流的橫截面積表示 （210）Sh?由公式（29）和（210）得 （211）2)(ndhahACP????油液阻尼力的表達式 （212）23)()(SFndhhah?將公式（212）做如下修改，以便油液阻尼力有正負值之分，同時適用于壓縮和伸展行程 （213）SACndhh?23)(?? 空氣彈簧力空氣彈簧力由初始壓力、壓氣面積和氣體的瞬時壓縮比決定，氣體的瞬時壓縮比根據(jù)氣體壓縮的多變法則得到，即 常數(shù)，或者??VPa （214）?)(0VPa瞬時氣體體積等于初始體積減去氣體變化量 ，則SA （215）?)(0aa??則空氣彈簧力為 (216)?)(0SAVPFaa南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文9上述的推導(dǎo)過程沒考慮油液的可壓縮性，若考慮油液的可壓縮性 [26]，則空氣和液壓油的狀態(tài)方程分別表示如下 空氣 (217)?/10)(aPV?油液 (218)]/[00βoilil ?下標(biāo)“0”表示初始值。frrt在時刻 ， ，公式（231）可以寫成rt?S （245）?KNFSfr?其中 luluLK???)(假設(shè)緩沖支柱為剛體，則緩沖器開始壓縮之前非彈性支撐質(zhì)量在水平方向上沒有位移，即 ，則（232）式可寫成0?mX （246）Φcossin)(DZmFgNVSr ????將（241） 、 （245）和（246）代入（244 ）得 （247）)csi( )sin(])[Φcosin(0 ??????????KMKgKFZLar?緩沖器開始壓縮后彈性支撐質(zhì)量的運動微分方程表示為南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文13 （248）0Φsin)( co})()(2{023??????????LluluS aandhMNgmKSLNSAVPACZ???????非彈性支撐質(zhì)量的運動微分方程表示為 （249）0Φsincos})( )(2{023???????????v luluS aandhmNgFSLAVPACZ??????? 本章小結(jié)本章在起落架傳統(tǒng)落震二質(zhì)量動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮了油液不可壓和可壓兩種情況，并分別推導(dǎo)了空氣彈簧力的計算公式。例如研究者可以通過柔性結(jié)構(gòu)、數(shù)字化飛行控制系統(tǒng)、液壓環(huán)流等來增加所建模型的精確度。194。187。212。198。217。209。191。207。198。194。170。180。220。176。214。201。193。195。233。196。208。209。191。與實際飛機試驗相比，數(shù)字化飛機的虛擬試驗花費少而且可以在計算機上重復(fù)多次的分析和試驗。在設(shè)計階段，起落架落震試驗用于驗證緩沖系統(tǒng)吸收設(shè)計著陸功量和功量儲備能力。落震試驗投放高度 H 指機輪下緣到模擬平臺表面的距離，根據(jù)規(guī)范規(guī)定的下沉速度值進行計算 (31))2/(gVHz?式中： ——起落架接地下沉速度，m/s ；zV g ——重力加速度，m/s 2 。本章主要是基于 ADAMS/Aircraft 建立某型飛機主起落架的數(shù)字化虛擬樣機，并進行虛擬落震試驗，對所建立的數(shù)字化虛擬起落架進行測試和驗證。214。182。213。190。232。249。191。191。246。185。226。211。228。204。186。206。187。204。197。/208。187。188。 200。大型客機起落架緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)研究14第三章 基于 ADAMS/Aircraft 起落架落震動力學(xué)仿真ADAMS/Aircraft 模塊是 ADAMS 軟件的一個擴展模塊，是 MSC 公司在 ADAMS 軟件的三個基本模塊 ADAMS/View、ADAMS/Solver 和 ADAMS/PostProcessor 的基礎(chǔ)上開發(fā)的專用于飛機動態(tài)性能分析的模塊，可以創(chuàng)建、裝配和分析懸架系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)和全機模型。垂直反力為VF （234）mVZNCK?????式中： ——輪胎數(shù)量；N ——輪胎垂直變形系數(shù)；?K ——輪胎垂直阻尼系數(shù)。181。緩沖支柱壓縮時上腔中氣體的壓力會增加，也會產(chǎn)生阻止緩沖器壓縮的抵抗作用。然而在設(shè)計變量的取值方法上面，仍然沿用的是傳統(tǒng)設(shè)計中試湊到方法。同年，北京理工大學(xué)的劉莉 [20]和北京航空航天大學(xué)的楊國柱、何慶芝以機體的過載統(tǒng)計特性為目標(biāo)函數(shù)，以初始壓力、初始容積和油液阻尼系數(shù)為設(shè)計變量進行了優(yōu)化設(shè)計，取得了一定的成果。并把仿真結(jié)果與被動式的試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析。Kortum, W 和 Schwartz, W[13]等人在 1996 年指出了多體系統(tǒng)仿真（ MBS）和多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化的關(guān)系，多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化軟件作為一個設(shè)計和仿真平臺，對參數(shù)進行優(yōu)化時調(diào)用多體系統(tǒng)仿真軟件進行性能分析。通過 iSIGHT 集成 ADAMS 建立一套起落架緩沖系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化方法，優(yōu)化和提高起落架的緩沖性能，對于提高起落架的承載能力、減輕重量、延長壽命、增加地面操縱安全性和乘員舒適性等都有著重要的意義。這種利用工程算法對緩沖系統(tǒng)進行估算的設(shè)計技術(shù)，已發(fā)展成較為成熟的起落架緩沖系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用。 [1]大型客機具有起飛重量大、結(jié)構(gòu)尺寸大、對安全性、可靠性、舒適性、經(jīng)濟性和使用壽命要求高的特點。通過與試驗數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn)，該起落架虛擬樣機的落震仿真能夠很好的模擬起落架的著陸緩沖性能。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。使用功落震工況下，優(yōu)化后的緩沖器軸向力減小了 7%左右，而緩沖器效率可同時提高 6%以上。油氣式緩沖器自 1918 年首次采用以來，由于其具有極高的緩沖效率，因而成為飛機上使用最廣泛的一種緩沖器。ADAMS ——機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析（ Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）軟件，是非常著名的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機軟件，是目前世界上使用范圍最廣、最負盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟件。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在 1979 年，Venkatesan, C 和 Nagaraj,[10]就對飛機起落架參數(shù)選擇進行了優(yōu)化設(shè)計方面的研究，他們分別對起落架在著陸和滑跑兩種不同操縱質(zhì)量條件下的參數(shù)進行了優(yōu)化。Adnersson 和 Johan[14]等在 1998 年的一篇文獻中，認為起落架設(shè)計是一個多學(xué)科仿真問題，南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文3并在此問題上對基于質(zhì)量屋方法的目標(biāo)函數(shù)利用了非梯度優(yōu)化策略。同時，他們還進行了把各種優(yōu)化方法和優(yōu)化策略應(yīng)用到起落架優(yōu)化設(shè)計上的大膽嘗試和應(yīng)用研究，無論對于起落架優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展還是對于優(yōu)化方法和優(yōu)化策略本身的發(fā)展都起到了積極的推動作用。2022年，一航一飛院的陶小將 [23]以緩沖器最大載荷為目標(biāo)函數(shù)，利用 Adams 軟件中的優(yōu)化器對主油孔面積和副油孔面積兩個設(shè)計變量進行優(yōu)化設(shè)計，獲得了較好的結(jié)果。南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文5第二章 起落架著陸動態(tài)性能分析模型典型的油氣式緩沖器下腔含有液壓油，上腔含有高壓氣體。為了使所建力學(xué)模型既便于計算，又能較好地模擬實際情況，根據(jù)起落架結(jié)構(gòu)中各部分的運動特點，把起落架結(jié)構(gòu)質(zhì)量劃分為兩部分——彈性支撐質(zhì)量和非彈性支撐質(zhì)量。hh)( hFa大型客機起落架緩沖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)研究8 油液阻尼力油液阻尼力是由于液壓油流經(jīng)小孔時產(chǎn)生壓力差而形成的。其中 d 為輪輞的直徑， 定義(6trtriwPZ27ZDVtrfs?? dDtr2/)(?為輪胎的高寬比。圖 展示了數(shù)字化虛擬飛機的組件原理，它本質(zhì)上就是一個物理飛機的虛擬版本。162。237。239。212。192。161。239。247。247。178。181。179。208。187。225。248。178。 202。181。212。175。166。首先應(yīng)當(dāng)測試和驗證各個組件（例如油液緩沖器或者輪胎）作為獨立系統(tǒng)的性能。圖 3. 2 數(shù)字化虛擬起落架的建造流程 起落架落震試驗起落架落震試驗是模擬飛機著陸撞擊的一種動力特性試驗