起落架缓冲性能联合仿真及优化方法研究

王智成1，聂宏1,2，房兴波1，魏小辉1,2，郁思佳1

(1.南京航空航天大学 飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，江苏 南京210016）

(2.南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏 南京210016)

    以某无人机支柱式主起落架为例，基于LMS Virtual. Lab Motion和LMS Imagine. Lab AMESim开展联合仿真，首先利用VL Motion建立主起落架落震动力学分析模型，再根据缓冲器参数建立AMESim缓冲器液压模型，最后通过两个软件的联合仿真，计算该无人机主起落架的缓冲性能。以油针几何形状为设计变量，基于iSIGHT优化平台集成AMESim建立该无人机主起落架的缓冲器优化流程，通过优化计算得到该油针的最佳截面积参数，缓冲器最大轴向力降低了10.49%，缓冲器效率提高了12.54%。

    缓冲器是所有现代起落架必备的通用部件，同时也是最重要、最复杂的部件。缓冲的实质就是把飞机的动能消散在缓冲系统（轮胎和缓冲器）和飞机起落架结构的变形上。其中缓冲器是主要吸能装置，缓冲器设计的好坏对飞机缓冲性能有着决定性的影响［1-3］。

    在实验研究方面，起落架落震试验成本昂贵、设备复杂，且不易根据实际情况进行调整。近年来，基于虚拟样机技术的飞机起落架着陆动态性能分析方法被广泛应用［4］。LMS Virtual.Lab Motion的基于计算多体系统动力学建模理论及计算方法研究，是专门为模拟机械系统的真实运动和载荷而设计的。LMS Imagine Lab AMESim 提供了一个完整的机电、液压系统一维仿真平台。在VL Motion中可以建立精确的3D机构模型，却不能建立详细的油液缓冲器液压模型；在AMESim中可以建立详细的液压模型，但是为了模拟实际运动和获得正确的输出力，还需要一个3D的机械模型，因此通过2个软件的联合仿真，发挥其各自的优势，才能使起落架的落震模型更趋于精确［5-7］。同时有研究表明，通过iSIGHT优化平台集成AMESim对起落架缓冲器进行参数优化分析，能克服以往优化方法目标单一和自动化程度不高等局限［8］，为缓冲器优化设计提供更有效的解决方案，且集成度高。

1起落架落震性能仿真分析

1.1起落架力学模型

    起落架着陆动力学分析的力学模型是二质量模型,分为弹性支撑质量和非弹性支撑质量。弹性支撑质量是缓冲器中空气弹簧的上部质量,包括机身、机翼、缓冲器外筒等的质量；非弹性支撑质量是空气弹簧下部的质量，包括活塞杆、刹车装置、轮胎等的质量［9］。空气弹簧力Fa和油液阻尼力Fh对起落架缓冲性能起主要作用,故可以忽略摩擦力和结构限制力。上述系统可简化为二自由度系统的振动问题，利用达朗伯原理建立该运动的微分方程，某无人机支柱式主起落架力学模型如图1所示。

    设定大地为参考坐标系，z1为下部质量MX的垂直位移；z2为上部质量MS的垂直位移；K1为轮胎弹性刚度；C1为轮胎阻尼系数；K2为空气弹簧弹性刚度；C2为油液阻尼系数；Fz为升力。则运动微分方程为：........

作者简介：王智成（1990—），男，湖北荆门人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为飞行器起落装置设计技术。
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