起落架缓冲性能联合仿真及优化方法研究

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－５０９Ｘ．２０１５．０１．００３

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）摘要：以某无人机支柱式主起落架为例，基于ＬＭＳＶｉｒｔｕａｌ．ＬａｂＭｏｔｉｏｎ和ＬＭＳＩｍａｇｉｎｅ．ＬａｂＡＭＥＳ－

ｉｍ开展联合仿真，首先利用ＶＬＭｏｔｉｏｎ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％。

关键词：无人机；起落架；缓冲性能；ＬＭＳ；联合仿真；优化研究

中图分类号：Ｖ２２６＋

．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－５０９Ｘ（２０１５）０１－００１１－０４ 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］

。ＬＭＳＶｉｒｔｕａｌ．ＬａｂＭｏｔｉｏｎ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。ＬＭＳＩｍａｇｉｎｅＬａｂＡＭＥＳｉｍ提供了一个完整的机电、液压系统一维仿真平台。在ＶＬＭｏｔｉｏｎ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：

ＭＳ００

ＭＸ¨ｚ１¨ｚ２＋Ｃ１＋Ｃ２－Ｃ２－Ｃ２Ｃ２痹ｚ１

痹ｚ２

＋

收稿日期：２０１４－１２－０１

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１０５１９７，１１３７２１２９）；机械结构力学及控制国家重点实验室（南京航空航天大学）自主研究课题资

助项目（０２１４Ｇ０１）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（ＮＰ２０１５４０２）；江苏高校优势学科建设工程资助项目

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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１１?２０１５年１月 机械设计与制造工程 Ｊａｎ．２０１５第４４卷第１期 ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．１