飞机起落架的虚拟样机仿真
起落架落震虚拟试验在LMS+平台的实现
慕琴琴
（中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065） 摘 要：飞机在着陆过程中，会产生较大的撞击载荷，起落架缓冲系统通过吸能、耗能来避免产生过大的载荷。起落架在装
机前需要进行落震试验来检验起落架是否满足强度、行程、耗能效率等着陆撞击设计要求。利用多体动力学软件 LMS 对某 型飞机前架进行落震仿真分析，并进行后处理显示，既可以对参数优化提供参考，又可以再现试验事件过程。并且将仿真结 果与试验结果进行比较，发现两者具有较好的一致性，为在 LMS 软件基础上进行飞机着陆过程虚拟试验奠定基础。此研究 对于降低飞机研发成本，提高飞机性能具有重要的工程意义。 关键词：起落架；落震；LMS；仿真
式加载到仿真模型上。当外筒、活塞杆之间有轴向 位移时，气腔体积就会变化，气体载荷大小也会随 之变化，它是轴向位移的函数；当外筒、活塞杆沿 轴向有相对速度时，就会产生油液阻尼力，它是轴 向速度的函数[4]。 应用 LMS 建模时， 我们从外部读 入特性数据文件，以 EXCEL 表格的形式为缓冲器 部件输入缓冲器位移对应的非线性气体载荷数据 和非线性油液阻尼系数数据，然后在 LMS 中通过 加力表达式的形式完成对缓冲器的建模。
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图 3 轮胎模型的建立 ｈｌｍ ａ“ｎ——————— 由公式（2）可以看出，油液阻尼力是随速度
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2.2 落震虚拟场景的建立 通常虚拟试验在完成基于物理特性仿真模型 的建立后，需要针对不同的仿真分析内容构建出与 之对应的仿真环境。起落架落震试验是一个瞬间撞 击试验，试验测量受环境因素（如风力等）影响较 小，所以仿真环境的建模不是重点，但是为了对夹 具与试验件相互间干涉进行检查，对试验场景设计 的合理性和可行性进行评估，为真实物理试验的成 功提供保证，我们对吊篮、夹具及立柱等进行了建 模，整个仿真场景的关键是撞击平台的建模，LMS 软件通过定义路面谱文件来数字模拟平台物理特 性。图 4 为落震虚拟仿真场景。
基于ADAMS的磁流变减震器起落架仿真模块开发
基础上对模型进行参数化 ， 建立设计变量 ， 并对模型 进行 二次开发 ，建立了基于磁流变减震器的起落架
落震仿真模块 。通过输人相关的关键参数 改变模型 和阻尼力 ， 从而实现落震仿真。仿真结果显示在起落 架落震时 ，本文建立 的基于磁流变减震器 的起 落架 虚拟样机实现 了能量吸收和消散快的 目的 ，具有一
（ 中国民航大学 航空工程学 院， 天津 ３ ０ ０ ３ ０ ０ ）
摘 要 ：建立基 于 Ａ ＤＡ ＭＳ的磁 流 变减震 器起 落架仿 真模块 ，可 以更加 方便 的进 行飞机起 落 架的动力 学仿 真 。通过
Ａ Ｄ Ａ ＭＳ ／ Ｖ ｉ ｅ ｗ的二次开发功能， 在Ａ Ｄ Ａ ＭＳ ／ Ｖ ｉ ｅ ｗ里建立基于磁流变减震器的起落架参数化模型， 进行界面设计并完成
器的起落架参数化模型 ， 并对模型进行二次开发。通 叼 ＝ １ ． ０ ２ ４ ３ ／ ３ —１ ． １ ８ ６ ３ Ｆ 一０ ． ２ １ ９ ６ １＋Ｏ ． ４ ６ 过对起落架仿 真技术 的研究 ，在 Ａ Ｄ Ａ Ｍ Ｓ Ｖｉ ／ ｅ ｗ里建 ＝７ １ ０ ９ ． ７ ／ ３ —１ ７ ８ ３ １ ． ６ ／ ２ ＋２ ４ ６ ２ ８ ． ０ ３ １ ＋２ ７ ０ ４ （ ２ ） 立一套 可面向用户的起落架仿真模块 ，可通过改变 其中， 起 落架模 型的参数和仿真条件 ，进行起落架落震的 为 活塞 受 到压力 的有 效 面积 ； 动 力 学仿 真 和结 果 的输 出 。 Ｕ （ ｔ ） 为活塞与缸体的相对流速 ； Ｄ 为活塞 的直 径 ；
模 型与界 面的数据链接 ， 建 立一 个针对磁 流变减震 器的起 落架落震仿真 的专用分析模块。
关键词 ： 磁 流 变减震 器； Ａ Ｄ Ａ ＭＳ ； 参数 化建模 ； 二 次开发
飞机起落架的cae虚拟仿真
某型飞机的起落架系统采用传统的前三点式布局。
它包括一个向前向上收起的前起落架和两个分别向内向上收起的左右主起落架，由单一的飞机液压源提供液压作动能源。
按照总体设计方案设定的15秒内的收上时间和18秒内的放下时间要求（收放时间不包括舱门的打开和舱门的关闭），结合起落架系统详细设计的各种相关数据，开展起落架收放cae仿真分析，计算在现有起落架系统的设计参数下起落架系统的收放时间符合性，为验证和优化起落架收放设计方案提供依据。
1 系统工作原理某型飞机起落架收放系统正常工作时，当飞行员通过起落架控制手柄发出收放指令后，起落架收上过程如下：①起落架和舱门选择阀加电，舱门作动器开始作动并打开舱门。
②在舱门打开后，通过作动开锁作动器和收放作动器，起落架下位锁开锁，起落架收上。
③起落架收上到位时，起落架上位锁上锁。
④舱门作动器关闭舱门。
⑤起落架和舱门选择阀断电到中立位置，所有压力管接通回油，释放压力。
起落架放下过程与起落架收上过程类似，不再赘述。
在本文的cae仿真分析中，由于计算的起落架收放时间不包括舱门开启和关闭时间，且舱门机构和其他起落架机构是相对独立的运动，故建模时省略舱门机构。
2 建模cae仿真工具2.1Image.AMESimImage.AMESim(以下简称AMESim)是基于图形化建模环境的多领域一维仿真软件，带有多种领域的专业元件库，其中液压库中包含了大量常用的液压元件。
该软件是目前应用最广泛的液压系统仿真工具，具备与许多三维多体动力学软件的联合仿真接口。
本文以AMESim对某型飞机起落架收放的液压系统进行建模仿真与分析。
2.2Virtual.motionVirtual.Motion(以下简称Motion)是LMS公司b平台中用于三维多体动力学仿真分析的工具，适合模拟机械系统的真实运动和载荷。
它能够快速调用机构CAD模型，设置约束条件和作用力等参数后，即可方便的用于起落架收放机构的三维多体动力学cae 仿真计算研究，并通过接口与液压相关部分的cae仿真软件进行联合仿真计算。
CATIA动力学仿真在起落架装配中的应用
CATIA动力学仿真在起落架装配中的应用CATIA动力学仿真技术是一种基于计算机辅助设计软件的虚拟仿真技术，它可以模拟和分析机械系统在运动过程中的动力学行为。
在航空航天领域，起落架作为飞机的重要组成部分，其安全可靠性对飞机的飞行安全起着决定性的作用。
采用CATIA动力学仿真技术对起落架装配进行仿真分析具有重要的意义。
本文将从起落架的结构特点、CATIA动力学仿真技术的原理和应用以及在起落架装配中的具体应用等方面进行探讨。
一、起落架的结构特点起落架是飞机的重要组成部分，主要功能是支撑和缓冲飞机在地面和起降过程中的重量和冲击力，同时还具备减震、导向和方向控制等功能。
一般来说，起落架由几个主要部分组成，包括起落架支柱、轮轴、刹车系统、减震装置、方向控制系统等。
起落架的结构特点包括复杂性、多功能性、高强度和轻质化等特点，因此对其设计和装配过程需要进行全面的仿真和分析。
二、CATIA动力学仿真技术的原理和应用CATIA（Computer Aided Three-dimensional Interactive Application）是由达索系统公司开发的一款三维设计软件，它涵盖了机械设计、结构分析、动力学仿真、工艺规划等多个领域。
CATIA动力学仿真技术是CATIA软件中的一个重要模块，它可以模拟和分析机械系统在运动过程中的动力学行为，包括受力分析、运动学分析、动力学分析等。
CATIA动力学仿真技术的核心原理是基于多体动力学理论，利用虚拟样机技术建立起落架系统的数学模型，通过数值计算方法模拟各种工况下的动态行为，如撞击、振动、应力分布等。
通过仿真分析，可以获取起落架在运动过程中的受力、位移、速度、加速度等动力学参数，为设计优化和性能评估提供重要的参考依据。
CATIA动力学仿真技术在工程领域有着广泛的应用，特别是在航空航天领域的起落架设计和装配中，其应用优势日益凸显。
通过CATIA动力学仿真技术，工程师们可以在计算机上直观地模拟起落架在不同工况下的动力学行为，发现潜在的设计问题并进行优化，提高起落架的安全性、可靠性和性能指标。
基于ADAMS的磁流变减震器起落架仿真模块开发
《装备制造技术》２０１３年第１期起落架主要用于飞机的起飞、着陆、地面滑跑和地面停放。
飞机在起飞、滑跑、着陆接地和地面运动时，会相对于地面产生不同程度的撞击。
起落架应能承受并减缓这种撞击从而减轻飞机受载［１￣２］。
本文的研究对象是自行设计的多环槽式磁流变减震器，在ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ里面建立基于磁流变减震器的起落架参数化模型，并对模型进行二次开发。
通过对起落架仿真技术的研究，在ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ里建立一套可面向用户的起落架仿真模块，可通过改变起落架模型的参数和仿真条件，进行起落架落震的动力学仿真和结果的输出。
１基于磁流变减震器的起落架建模１．１磁流变减震器的力学模型图１为自行设计的多环槽式磁流变减震器的活塞结构，本文选用的力学模型为Ｂｉｎｇｈａｍ模型，该模型被广泛应用于磁流变减震器的建模。
根据减震器的结构和工作原理可知，磁流变液在减震器内的运动形式可以分为压差流动和剪切流动。
所以，对减震器的总的阻尼力将有压差阻尼力和剪切阻尼力合成，通过计算得出磁流变减震器的阻尼力计算公式：F （t ）＝１２ηLA ２πDh ３＋L πD ηh !"u （t ）＋３LA h＋L π!"Dτｓｇｎ［u （t ）］（１）η＝１．０２４３I ３－１．１８６３I ２－０．２１９６I ＋０．４６τ＝７１０９．７I ３－１７８３１．６I ２＋２４６２８．０３I ＋２７０４（２）其中，A 为活塞受到压力的有效面积；u （t ）为活塞与缸体的相对流速；D 为活塞的直径；L 为活塞的有效载荷长度；h 为阻尼通道的间隙；η是流体的动力粘度；τ为屈服应力；τ和η与激励电流Ｉ有关［３￣４］。
１．２起落架模型的简化现代飞机的起落架不单纯只是一个结构，而且是一种相当复杂的机械装置。
为简化磁流变减震器起落架的模型，做以下假设：（１）飞机机身简化为刚性体，不吸收和储存能量，所有能量由减震器和机轮构成的起落架减震系统吸收。
（２）将起落架以外的飞机机体作为刚体附到起落架上，机体和起落架一起组成一个二自由度阻尼振动系统。
Mworks液压起落架模型仿真
——液压起落架系统仿真
LOGO
JACSEN
MWORKS简要介绍
MWorks是新一代多领域工程系统建模、仿真、分析与 优化通用CAE平台，基于多领域统一建模规范Modelica， 提供了从可视化建模、仿真计算到结果分析的完整功能， 支持多学科多目标优化、硬件在环(Hardware-In-the-Loop, HIL)仿真以及与其他工具的联合仿真。
液压起落架半物理仿真平台总体框架示意图
数字仿真实现过程
多目标优化模型
优化结果
MWorks参数优化采用基于仿真的多目标优化方法进行参数分析，帮助解 决飞机等复杂系统建模与仿真中的参数调节问题。
验证结果
查看实验验证曲线，在激活的曲线的窗口中显示所选变量的求解结果数据。
液压起落架收放系统模型
液压起落架转向系统模型
功能与特征
多工程领域的 系统建模 仿真代码自动 生成 结果分析与 后处理
多文档多视图 建模环境
多种形式 建模支持 可定制的 模型库 物理单位推导 与检查
功能与特征
硬件在环仿真
良好的可扩展性Βιβλιοθήκη 应用领域MWorks作为多领域系统的研发平台，能够使不同的 领域专家与企业工程师在统一的开发环境中对复杂系统 进行多领域协同开发、试验和分析。 基于MWorks平台的通用建模与仿真能力，加上丰富 的基础领域库，如液压、控制、电子、一维机械、多体 等，以及针对性的行业领域库，再辅以各种扩展功能与 工具，已经形成一个开放的航空液-控-机-电多领域统一 建模与仿真平台。
典型案例介绍
——液压起落架系统仿真
起落架系统仿真平台，针对大型客机液压起落架系统研 制开发与试验验证的需求，采用数字仿真技术、半物理仿真 技术对C919飞机液压综合控制系统、起落架收放控制系统、 前轮转弯控制系统、刹车控制系统的各种功能和性能指标进 行试验和验证。
工程案例—机器人Adams虚拟实验详细步骤
一.ADAMS软件简介虚拟样机仿真分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是对机械系统的运动学与动力学进行仿真的商用软件，由美国MDI（Mechnical Dynamics Inc.）开发，在经历了12个版本后，被美国MSC公司收购。
ADAMS集建模、计算和后处理于一体，ADAMS有许多个模块组成，基本模块是View模块和Postprocess模块，通常的机械系统都可以用这两个模块来完成，另外在ADAMS中还针对专业领域而单独开发的一些专用模块和嵌入模块，例如专业模块包括汽车模块ADAMS/Car、发动机模块ADAMS/Engine、火车模块ADAMS/Rail、飞机模块ADAMS/Aircraft等；嵌入模块如振动模块ADAMS/Vibration、耐久性模块ADAMS/Durability、液压模块ADAMS/Hydraulic、控制模块ADAMS/Control和柔性体模块ADAMS/AutoFlex 等[3]。
1.1ADAMS软件概述ADAMS是以计算多体系统动力学（Computational Dynamics of Multibody Systems）为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件，利用它可以建立复杂机械系统的运动学和动力学模型，其模型可以是刚体的，也可以是柔性体，以及刚柔混合体模型。
如果在产品的概念设计阶段就采取ADAMS进行辅助分析，就可以在建造真实的物理样机之前，对产品进行各种性能测试，达到缩短开发周期、降低开发成本的目的。
ADAMS，即机械系统动力学自动分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）该软件是美国MDI公司（Mechnical Dynamics Inc.）开发的虚拟样机分析软件。
目前，ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。
民航飞机起落架可靠性验证中仿真技术的运用实践
民航飞机起落架可靠性验证中仿真技术的运用实践企业的不断发展。
二、飞机起落架的受力分析（一）起飞时的受力情况飞机起飞为一个加速行驶的过程，当飞机停留于地面时，若发动机推力小于地面的最大静摩擦力，这时的飞机便处于一个相对静止的状态。
这个过程中，起落架支撑力为整个飞机的重力，而地面与起落架形成的摩擦力是飞机发动机的推力。
同时，空气对于飞机的阻力、升力及俯仰力矩都为零。
若发动机推力大于地面的最大静摩擦力，此时的飞机可在跑道上通过三轮加速进行滑跑，且滑跑的速度将逐渐加快。
在飞机滑跑速度的不断加快中，空气会对飞机造成升力、阻力及俯仰力矩的各力度也将逐渐增大，而地面对于起落架的支撑力与摩擦力将逐渐减小。
在飞机三轮滑跑速度达到某一定值时，飞机会在气动俯仰力矩作用之下，进行抬前轮操作，并由三轮滑跑转变为两轮滑跑。
在这个过程中，地面对于前轮的摩擦力、支撑力都为零，而在气动俯仰力矩作用下，飞机将抬升头部，在迎角的不断加大下，飞机相应的升力系数、俯仰力矩系数与阻力系数也将不断增加。
同时，空气作用于飞机的阻力、升力及俯仰力矩也会随之不断增强。
此时，地面对于飞机起落架的摩擦力与支撑力则会迅速减小，在这两项系数减小为零后，飞机便彻底离地，而飞机的起落架承载力与力矩也将变为零。
（二）着陆时的受力情况由于飞机的着陆滑跑是一个减速过程，与飞机的起飞过程正好相反。
因此，在陆过时，地面对于飞机起落架的承载力与力矩的变化情况正好与起飞时形成反比。
三、模拟系统对于起落架力可靠性验证的应用分析（一）虚拟样机的模型建立在飞机起落架的收放结构设计中，要结合零件特征，对实体模型进行建立。
通常，在零件实体建模中，需要通过Pro/*****R及技术平台作为支撑，对整个起落架的各部件结构的零件加以设计，之后再利用虚拟装配技术，进行虚拟样机的模型建立，并采用爆炸技术，来对整个起落架加以检验，建立可靠的模拟样机。
在建模过程中，为了确保模型的仿真效果与民航飞机的实际工作状况相符合，要在起落架的虚拟样机模型建立时，确保仿真构件对应的几何体质量、外观、质心位置、惯性矩等与实际的飞机起落架部件保持相同，确保仿真结果验证的可靠性。
飞机弹射起飞起落架动力学仿真分析
度等起飞实验数据进行了分析计算 ， 建立 了舰载飞机 起飞准则问 ； １ ９ ９ ４ 年， Ｊ ｏ ｓ ｅ ｐ ｈ 等人对前起落架突伸进行
析 对起 落架设计能提供 必要的依据 ， 减 小飞机起 飞质量以及增大弹射 力， 能够有 效提 高飞机 弹射起 飞性 能。
关键词 ： 飞机起 落架； 动力 学仿真 ； Ａ ＤＡ ＭＳ 中图分 类号 ： Ｖ ２ ７ １ ． ４ 文献标 识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ １ ８ ４ — ０ ２
１ ８ ４
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ２， ２ ０１ ４
研究者的关 注。牵引电机温升过高或者过低均影响 参 考 文 献 ： １ ］ 奥 田宏史． 用有限元法分析行波磁场 和涡流问题［ Ｊ ］ ． 国外 大 电机使用特性和运用寿命 ，由于牵引电动机实际工 ［ 电机技术 ， １ ９ ８ ０ ， ７ （ ４ ） ： ３ ２ — ３ ７ ． 作 中， 受多方面外界和 内部因素 的影响 ， 使得牵引 电 【 ２ ］ 谢德馨 ． 用有限元法计算 鼠笼 型感应 电动机 的起 动 电流［ Ｊ ］ ． 动机 内部 温度 场不 可 控 。经实 验表 明 ， 电机 绝缘 材 料
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ～ １ ２ — ０ ７
２ 利用 Ａ Ｄ ＡＭＳ进行仿真
基于LMS Virtual. Lab的起落架动态性能仿真分析
文 献标 志码 ： Ｂ
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改 变起 落架机 构原 理 的前提 下简化 主起 落 架结构 并 进行 落震仿 真 分析 ． 落震仿 真结 果 与 理论 计 算
结果误 差在 ５ 以 内 ， 明仿 真 结果 与理 论 计 算 结 果 一 致 性较 好 ． 用 Ｃ ＴＡ 和 Ｌ ｉｕ １Ｌ ｂ ％ 说 利 ＡＩ ＭＳＶｒ ａ． ａ ｔ
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《产品设计与虚拟样机》
2011年12月25日
飞机起落架的虚拟样机仿真
摘要
飞机起落架就是飞机在地面停放、滑行、起降滑跑时用于支持飞机重量、吸收撞击能量的飞机部件。
简单地说，起落架有一点象汽车的车轮，但比汽车的车轮复杂的多，而且强度也大的多，它能够消耗和吸收飞机在着陆时的撞击能量。
概括起来，起落架的主要作用有以下四个：承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时的重力；承受、消耗和吸收飞机在着陆与地面运动时的撞击和颠簸能量；滑跑与滑行时的制动；滑跑与滑行时操纵飞机。
文中将飞机起落架简化为四杆机构，借助于ADAMS仿真，得到起落架上升过程中，轮胎位移与连杆转角的关系。
关键词：飞机起落架、虚拟样机、ADAMS应用、仿真
目录
摘要 (1)
1问题描述 (2)
2.1飞机起落架虚拟样机建模 (4)
2.2 起落架的建模与验证 (6)
2.2.1 起落架模型的建立 (6)
2.2.2 起落架模型的运动仿真 (9)
2.2.3 数据测量 (10)
3 课程总结 (13)
参考文献： (14)
1问题描述。