飞机起落架落震试验技术国内外研究现状

飞机起落架落震试验技术国内外研究现状 鸥300飞机起落架充填参数及油孔面积等进行调节，以提高该型飞机起落架缓冲器吸收、耗散能量的能力，使其满足飞机对起落架的要求，属于第2种落震试验。另一方面通过落震试验，对海鸥300飞机起落架使用性能进行试验验证，属于第3种落震试验。 海鸥300飞机是我国首款自主设计的轻型水陆两栖飞机，如图1.1所示，具有高安全性、高可靠性、使用灵活、成本低廉的特点，该机型的客运型可载4至6名乘客，可广泛用于客货运输、旅游观光、医疗救护、公务飞行和航空探测等多个领域。其可以在水面和陆上简易土质跑道起降，适合在城乡地区特别是在近海、内陆的江河湖泊、水库等水源丰富地区广泛使用，该机型主要面向国内外低成本通用航空市场。 通用航空是指除公共航空运输飞行和军事、警务、海关缉私飞行以外的航空活动[13]。目前全世界在飞通用飞机约有25万架，约占民用飞机总数的90%以上，因此通用航空的发展对整个航空事业至关重要[12]。通用飞机对一个国家的经济发展起着非常重要的作用，随着我国社会经济的发展，特别是我国低空空域的逐渐开放，人们对通用航空的需求越来越旺盛。而我国目前拥有的通用飞机不足千架，市场发展前景十分广阔。我国已将发展通用飞机列入高技术产业重大专项，通用航空及其相关产业将形成一万亿人民币以上的市场容量，通用航空将是继干线飞机、支线飞机之后另一个迅速崛起的阳朝产业。 我国通用航空的前景不可估量。但是我国的飞机地面试验基础还比较薄弱，这一点在起落架落震试验方面现的尤为突出。随着我国航空事业的快速发展，新型飞机层出不穷，国内的起落架落震试验台大多建设的时间比较长，设备老化，无法满足新型飞机起落架的试验要求。国内学者对起落架落震试验进行了相关研究，取得了一些研究成果，但是大多仅限于在没有适航条件下的落震试验，有关适航条件下民用飞机起落架落震试验的研究比较少，所以研制开发一套符合适航条件的起落架落震试验系统非常必要。 综上所述，本文旨在研制设计一套飞机起落架落震试验系统，为开展飞机着陆动力学研究以及新型飞机起落架设计工作提供试验支持。 1.2 国内外研究现状 国外历来把试验室的建设放在所有工作的首位，像美国等发达国家都投入巨资不断的更新和改造试验设备，因此他们的着陆装置落震试验设备是当前最先进的，这样保证了落震试验研究工作的正确性和有效性，他们的飞行器着陆动力学研究和飞机起落架设计水平一直处于世界的前列。 美国使用的飞机落震试验台是带活动地面、活动驾车的落震试验台，如图1.2所示，该设施主要有推进、滑动车架，制动三大系统组成。该设施由美国的NASA兰利研究中心在汉普顿建造，最初运行是在1965年，这种试验装置能够准确模拟飞机着陆时起落架真实的运动过程和 受力状况，是较为理想的飞机着陆地面试验装置。其所用轨道运载车是一种飞机着陆试验设施，是在闭环控制条件下测定各种飞机着陆装置系统的试验设施，与飞行试验相比在该设施上试验具有安全、经济、参数可控及多种用途等优点。该设施最初的最大滑行速度时110kn，轨道长为2200ft。1987年又对该设施进行升级改造并投入使用，将最大速度增加到220kn，轨道延长为2800ft[14]。 图1.2 美国轨道运载滑行车 国内的起落架落震试验主要是在立柱式试验台上进行的[9]。进行着陆装置落震试验时，需要先使用机轮带转设备预先反向转动飞机起落架的机轮，然后将着陆装置从一定的高度上沿导轨垂直投放，起落架投放后机轮将在撞击平台上定点转动，而不是像真试的飞机着陆情况那样，先朝前滑动，然后再向前滚动。所模拟的飞机着陆装置的着陆情况与真实情况有一些差别。这种试验方式需要用到很多试验设备来模拟飞机着陆时起落架真实的运动过程和受力状况，因此需要采用仪器测量出起落架进行落震试验时各种各样的试验参数，例如，落震高度，垂直载荷等，根据所测量的试验参数来判断起落架缓冲器受力工作情况，从而改进起落架缓冲器的设计参数[15-17]。 我国学者从不同的侧面对飞机起落架试验台架、起落架缓冲器及其落震试验进行了较为广泛的研究。南京航空航天大学的聂宏教授研究了飞行器着陆装置的缓冲性能分析与设计及其寿命计算方法[18]。晋萍、聂宏研究了着陆装置着陆动态仿真分析模型及参数优化设计[19]。王占海对飞机起落架地面滑行试验系统台架进行了设计分析[20]。朱锦杰研究了飞机起落架地面疲劳试验系统的设计[21]。王洪宪研制开发一套飞机起落架收放试验系统并进行了试验验证[22]。哈尔滨4 工程大学的林剑对直升机旋翼动平衡试验台台体架进行了有限元分析计算[23]。曾励、王新琴、董飚研究了抽油机支架的有限元动态性能[24]。北京航空航天大学的史海文对沈阳飞机公司的落震试验台进行改造，研制出一套能测量多种模拟和试验参数、 具有四十通道的落震试验数据采集和处理系统[9]。史海文、张大千、杨树勋等研究了摇臂式、支柱式着陆装置落震试验的起转、回弹载荷系数[25]。中国飞行器强度研究所的齐丕骞、史惟琦、戚志民、史庆起等对着陆装置落震试验中的仿升动力进行了研究并在国内首次成功实施带空气作动筒仿升的起落架落震试验 [26]。齐丕骞,牟让科讨论了着陆装置缓冲性能分析、试验、设计一体化技术[27]。陈颖对飞行器着陆装置机轮落震试验伺服系统进行了研究[28]。史海文、张大千对某歼击机前起落架着陆瞬间有关参数进行了试验研究并分析了落震试验中起转和回弹载荷的模拟情况对试验结果的影响 [29-30]。沈阳航空工业学院的岳玉梅、秦政琪、邹爱丽等研究了着陆装置落震试验测试系统[31]。北京航空航天大学的吴大方、王永海研究了着落震试验飞机机轮三向冲击位移的动态测量和机轮瞬态冲击转速的测试方法[32-33]。洪都航空工业集团有限责任公司的张志林、苏开鑫分析了飞机起落架着陆撞击动力学[34]。蔺越国，程家林讨论了飞机支柱式起落架落震仿真及缓冲器优化分析[35]。王明义、贾玉红对摇臂式起落架缓冲器参数设计与计算进行了研究并分析了起落架着陆冲击载荷及减震性能。赵志明研究了飞机起落架落震试验数值模拟。中国飞行试验研究院的沈航进行了飞机起落架着陆与滑跑性能分析。史友进对大柔性飞机起落架缓冲器进行了研究 [36]。史海文、邢玉峰研究了飞机起落架机轮水平载荷的测量方法[37]。毛雅丽、岳玉梅、姜勃等对飞机起落架落震试验测试系统的研制进行了探讨[38]。张大千、吕伟总结了起落架落震试验测试系统的现状及其发展[39]。 1.3 研究内容 本文的主要工作是研制开发一套飞机起落架落震试验系统，所研制的起落架落震试验系统，包括试验台架子系统、机轮带转子系统、撞击平台子系统、液压子系统、升降子系统、吊篮滑道子系统、试验夹具子系统和数据采集子系统。其中，试验台架也可用于月球着陆器冲击试验。最后运用海鸥300飞机起落架对所设计的试验系统进行试验验证。 主要内容包括以下几点： 第一章绪论。首先对该课题的工程背景及研究的目的、意义和重要性进行研究，重点阐述了国内飞机起落架试验台架、起落架缓冲器及其落震试验的现状、特点和进展。 第二章落震试验台架设计。在充分研究飞机起落架和月球着陆器着陆冲击试验力学特性的基础上，提出了试验台架的总体设计技术要求、结构特点以及可能出现的损坏情况，在此基础上对试验台架进行了详细设计，完成试验台架的实体建模。 第三章试验台架及力学特性分析。根据有限元法，运用MSC.Patran/Natran对台架进行静强 鸥300飞机起落架充填参数及油孔面积等进行调节，以提高该型飞机起落架缓冲器吸收、耗散能量的能力，使其满足飞机对起落架的设计要求，属于第2种落震试验。另一方面通过落震试验，对海鸥300飞机起落架使用性能进行试验验证，属于第3种落震试验。 海鸥300飞机是我国首款自主设计的轻型水陆两栖飞机，如图1.1所示，具有高安全性、高可靠性、使用灵活、成本低廉的特点，该机型的客运型可载4至6名乘客，可广泛用于客货运输、旅游观光、医疗救护、公务飞行和航空探测等多个领域。其可以在水面和陆上简易土质跑道起降，适合在城乡地区特别是在近海、内陆的江河湖泊、水库等水源丰富地区广泛使用，该机型主要面向国内外低成本通用航空市场。 通用航空是指除公共航空运输飞行和军事、警务、海关缉私飞行以外的航空活动[13]。目前全世界在飞通用飞机约有25万架，约占民用飞机总数的90%以上，因此通用航空的发展对整个航空事业至关重要[12]。通用飞机对一个国家的经济发展起着非常重要的作用，随着我国社会经济的发展，特别是我国低空空域的逐渐开放，人们对通用航空的需求越来越旺盛。而我国目前拥有的通用飞机不足千架，市场发展前景十分广阔。我国已将发展通用飞机列入高技术产业工程重大专项，通用航空及其相关产业将形成一万亿人民币以上的市场容量，通用航空将是继干线飞机、支线飞机之后另一个迅速崛起的阳朝产业。 我国通用航空的前景不可估量。但是我国的飞机地面试验基础还比较薄弱，这一点在起落架落震试验方面表现的尤为突出。随着我国航空事业的快速发展，新型飞机层出不穷，国内的起落架落震试验台大多建设的时间比较长，设备老化，无法满足新型飞机起落架的试验要求。国内学者对起落架落震试验进行了相关研究，取得了一些研究成果，但是大多仅限于在没有适航条件下的落震试验，有关适航条件下民用飞机起落架落震试验的研究比较少，所以研制开发一套符合适航条件的起落架落震试验系统非常必要。 综上所述，本文旨在研制设计一套飞机起落架落震试验系统，为开展飞机着陆动力学研究以及新型飞机起落架设计工作提供试验支持。 1.2 国内外研究现状 国外历来把试验室的建设放在所有工作的首位，像美国等发达国家都投入巨资不断的更新和改造试验设备，因此他们的着陆装置落震试验设备是当前最先进的，这样保证了落震试验研究工作的正确性和有效性，他们的飞行器着陆动力学研究和飞机起落架设计水平一直处于世界的前列。 美国使用的飞机落震试验台是带活动地面、活动驾车的落震试验台，如图1.2所示，该设施主要有推进、滑动车架，制动三大系统组成。该设施由美国的NASA兰利研究中心在汉普顿建造，最初运行是在1965年，这种试验装置能够准确模拟飞机着陆时起落架真实的运动过程和 受力状况，是较为理想的飞机着陆地面试验装置。其所用轨道运载车是一种飞机着陆试验设施，是在闭环控制条件下测定各种飞机着陆装置系统的标准试验设施，与飞行试验相比在该设施上试验具有安全、经济、参数可控及多种用途等优点。该设施最初的最大滑行速度时110kn，轨道长为2200ft。1987年又对该设施进行升级改造并投入使用，将最大速度增加到220kn，轨道延长为2800ft[14]。 图1.2 美国轨道运载滑行车 国内的起落架落震试验主要是在立柱式试验台上进行的[9]。进行着陆装置落震试验时，需要先使用机轮带转设备预先反向转动飞机起落架的机轮，然后将着陆装置从一定的高度上沿导轨垂直投放，起落架投放后机轮将在撞击平台上定点转动，而不是像真试的飞机着陆情况那样，先朝前滑动，然后再向前滚动。所模拟的飞机着陆装置的着陆情况与真实情况有一些差别。这种试验方式需要用到很多试验设备来模拟飞机着陆时起落架真实的运动过程和受力状况，因此需要采用仪器测量出起落架进行落震试验时各种各样的试验参数，例如，落震高度，垂直载荷等，根据所测量的试验参数来判断起落架缓冲器受力工作情况，从而改进起落架缓冲器的设计参数[15-17]。 我国学者从不同的侧面对飞机起落架试验台架、起落架缓冲器及其落震试验进行了较为广泛的研究。南京航空航天大学的聂宏教授研究了飞行器着陆装置的缓冲性能分析与设计及其寿命计算方法[18]。晋萍、聂宏研究了着陆装置着陆动态仿真分析模型及参数优化设计[19]。王占海对飞机起落架地面滑行试验系统台架进行了设计分析[20]。朱锦杰研究了飞机起落架地面疲劳试验系统的设计[21]。王洪宪研制开发一套飞机起落架收放试验系统并进行了试验验证[22]。哈尔滨4 工程大学的林剑对直升机旋翼动平衡试验台台体架进行了有限元分析计算[23]。曾励、王新琴、董飚研究了抽油机支架的有限元动态性能[24]。北京航空航天大学的史海文对沈阳飞机公司的落震试验台进行改造，研制出一套能测量多种模拟和试验参数、 具有四十通道的落震试验数据采集和处理系统[9]。史海文、张大千、杨树勋等研究了摇臂式、支柱式着陆装置落震试验的起转、回弹载荷系数[25]。中国飞行器强度研究所的齐丕骞、史惟琦、戚志民、史庆起等对着陆装置落震试验中的仿升动力进行了研究并在国内首次成功实施带空气作动筒仿升的起落架落震试验 [26]。齐丕骞,牟让科讨论了着陆装置缓冲性能分析、试验、设计一体化技术[27]。陈颖对飞行器着陆装置机轮落震试验伺服系统进行了研究[28]。史海文、张大千对某歼击机前起落架着陆瞬间有关参数进行了试验研究并分析了落震试验中起转和回弹载荷的模拟情况对试验结果的影响 [29-30]。沈阳航空工业学院的岳玉梅、秦政琪、邹爱丽等研究了着陆装置落震试验测试系统[31]。北京航空航天大学的吴大方、王永海研究了着落震试验飞机机轮三向冲击位移的动态测量和机轮瞬态冲击转速的测试方法[32-33]。洪都航空工业集团有限责任公司的张志林、苏开鑫分析了飞机起落架着陆撞击动力学[34]。蔺越国，程家林讨论了飞机支柱式起落架落震仿真及缓冲器优化分析[35]。王明义、贾玉红对摇臂式起落架缓冲器参数设计与计算进行了研究并分析了起落架着陆冲击载荷及减震性能。赵志明研究了飞机起落架落震试验数值模拟。中国飞行试验研究院的沈航进行了飞机起落架着陆与滑跑性能分析。史友进对大柔性飞机起落架缓冲器进行了研究 [36]。史海文、邢玉峰研究了飞机起落架机轮水平载荷的测量方法[37]。毛雅丽、岳玉梅、姜勃等对飞机起落架落震试验测试系统的研制方案进行了探讨[38]。张大千、吕伟总结了起落架落震试验测试系统的现状及其发展[39]。 1.3 研究内容 本文的主要工作是研制开发一套飞机起落架落震试验系统，所研制的起落架落震试验系统，包括试验台架子系统、机轮带转子系统、撞击平台子系统、液压子系统、升降子系统、吊篮滑道子系统、试验夹具子系统和数据采集子系统。其中，试验台架也可用于月球着陆器冲击试验。最后运用海鸥300飞机起落架对所设计的试验系统进行试验验证。 主要内容包括以下几点： 第一章绪论。首先对该课题的工程背景及研究的目的、意义和重要性进行研究，重点阐述了国内飞机起落架试验台架、起落架缓冲器及其落震试验的现状、特点和进展。 第二章落震试验台架设计。在充分研究飞机起落架和月球着陆器着陆冲击试验力学特性的基础上，提出了试验台架的总体设计技术要求、结构特点以及可能出现的损坏情况，在此基础上对试验台架进行了详细设计，完成试验台架的实体建模。 第三章试验台架及力学特性分析。根据有限元法，运用MSC.Patran/Natran对台架进行静强