引言

    某型飛機的起落架系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的前三點式布局。它包括一個向前向上收起的前起落架和兩個分別向內(nèi)向上收起的左右主起落架，由單一的飛機液壓源提供液壓作動能源。

    按照總體設(shè)計方案設(shè)定的15秒內(nèi)的收上時間和18秒內(nèi)的放下時間要求（收放時間不包括艙門的打開和艙門的關(guān)閉），結(jié)合起落架系統(tǒng)詳細設(shè)計的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，開展起落架收放仿真分析，計算在現(xiàn)有起落架系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)下起落架系統(tǒng)的收放時間符合性，為驗證和優(yōu)化起落架收放設(shè)計方案提供依據(jù)。

1 系統(tǒng)工作原理

    某型飛機起落架收放系統(tǒng)正常工作時，當飛行員通過起落架控制手柄發(fā)出收放指令后，起落架收上過程如下：①起落架和艙門選擇閥加電，艙門作動器開始作動并打開艙門。②在艙門打開后，通過作動開鎖作動器和收放作動器，起落架下位鎖開鎖，起落架收上。③起落架收上到位時，起落架上位鎖上鎖。④艙門作動器關(guān)閉艙門。⑤起落架和艙門選擇閥斷電到中立位置，所有壓力管接通回油，釋放壓力。

    起落架放下過程與起落架收上過程類似，不再贅述。在本文的仿真分析中，由于計算的起落架收放時間不包括艙門開啟和關(guān)閉時間，且艙門機構(gòu)和其他起落架機構(gòu)是相對獨立的運動，故建模時省略艙門機構(gòu)。

2 建模仿真工具

2.1Image.AMESim

    Image.AMESim(以下簡稱AMESim)是基于圖形化建模環(huán)境的多領(lǐng)域一維仿真軟件，帶有多種領(lǐng)域的專業(yè)元件庫，其中液壓庫中包含了大量常用的液壓元件。該軟件是目前應(yīng)用最廣泛的液壓系統(tǒng)仿真工具，具備與許多三維多體動力學軟件的聯(lián)合仿真接口。本文以AMESim對某型飛機起落架收放的液壓系統(tǒng)進行建模仿真與分析。

2.2Virtual.motion

    Virtual.Motion(以下簡稱Motion)是LMS公司Virtual.lab平臺中用于三維多體動力學仿真分析的工具，適合模擬機械系統(tǒng)的真實運動和載荷。它能夠快速調(diào)用機構(gòu)CAD模型，設(shè)置約束條件和作用力等參數(shù)后，即可方便的用于起落架收放機構(gòu)的三維多體動力學仿真計算研究，并通過接口與液壓相關(guān)部分的仿真軟件進行聯(lián)合仿真計算。

3 系統(tǒng)建模與分析

3.1分析內(nèi)容

    按照規(guī)定的仿真條件和輸入?yún)��?shù)，對收放系統(tǒng)的收放過程進行仿真分析，計算起落架的收上和放下時間，形成試驗結(jié)果曲線；以規(guī)定的標準收上、放下時間作為輸入，計算收放系統(tǒng)對液壓能源系統(tǒng)的最大壓力一流量需求。

3.2分析過程

    分別建立液壓系統(tǒng)和機構(gòu)模型，可通過聯(lián)合仿真進行計算，集AMESim和Motion兩者之所長作無縫連接的聯(lián)合仿真，可以使系統(tǒng)模型計算結(jié)果更加可靠和精確。聯(lián)合仿真接口提供力、位移、速度等參數(shù)的相互傳遞，AMESim模型輸出位移和速度的計算值，并得到作用力的反饋值。Motion與之相反。

    AMESim和Motion的聯(lián)合仿真可以采用Co-Sim和Coupled兩種接口方式。

    a)Co-Sim方式以AMEsim為主，在AMEsim中進行仿真過程控制（設(shè)置仿真時間、采樣步長、算法等），仿真過程中，AMEsim與Motion各自計算，在規(guī)定的每個采樣時間段內(nèi)相互傳遞數(shù)據(jù)。

    b)Coupled方式以Motion為主，在Motion中進行仿真過程控制，仿真過程中只調(diào)用Motion的求解算法進行計算(AMESim不參與計算)。

    本文采用Coupled方式聯(lián)合仿真。一般來說，采用Coupled方式，仿真結(jié)果相對Co-Sim方式更加精確。

3.3液壓系統(tǒng)模型

    采用AMESim軟件建立起落架收放系統(tǒng)的液壓回路模型，根據(jù)起落架收放系統(tǒng)的特點，前起落架收放液壓回路和主起落架收放液壓回路是相對獨立的，可建立兩個獨立的模型系統(tǒng)。下文以主起落架收放系統(tǒng)的液壓回路模型為例，介紹建模思路和簡化后的液壓回路模型。

    在建模中不考慮對于計算結(jié)果無明顯影響的元部件和參數(shù)，如油濾、管路容積效應(yīng)、液阻等，并在仿真過程中，設(shè)置油液溫度恒定為20℃，即不考慮溫度變化對系統(tǒng)帶來的影響。在AMESim中建立的簡化模型如圖1所示。

圖1 主起收放液壓回路模型圖

    建好模型后，按照該飛機液壓系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)文件輸入各種參數(shù)，如油液特性、進油口壓力、回油口壓力，作動筒無桿腔直徑、活塞桿直徑、作動筒自由行程、選擇閥各出口的最大開啟面積等。

3.4起落架機構(gòu)建模

    起落架機構(gòu)本身很復(fù)雜，本文主要研究內(nèi)容只包括參與收放運動過程的主要零件，因此，與收放過程運動無關(guān)的零件都沒有考慮建多體模型，如管路、彈簧、線纜等。

    將所有需建模的機構(gòu)零件的三維Catia數(shù)模直接導(dǎo)入Motion，建立多體動力學模型；添加各零件關(guān)節(jié)之間的約束，運動副約束設(shè)置示意圖如圖2所示，其他零件間的連接均設(shè)為固定副約束。

    運動副設(shè)置后，按照設(shè)計參數(shù)設(shè)置重力、平均氣動載荷力和預(yù)緊彈簧力，選定仿真算法和仿真時間；最后與AMESim聯(lián)合仿真，以AMESim的力輸出作為開鎖作動筒和收放作動筒驅(qū)動力，進行起落架收放過程模擬。

圖2 主起機構(gòu)運動副約束示意圖

4 仿真結(jié)果分析

    仿真計算結(jié)束后，查看計算曲線，檢驗起落架收放機構(gòu)收放時間是否符合設(shè)計要求。在主起落架收上過程中的主支柱轉(zhuǎn)動角一時間曲線如圖3所示，所有的仿真參數(shù)為給定的設(shè)計參數(shù)，主支柱轉(zhuǎn)動到800時到達收上上鎖位置，時間約為10秒，符合總體設(shè)計15秒內(nèi)的收上時間要求。

圖3 主支柱轉(zhuǎn)動角一時間曲線

    假如計算結(jié)果與設(shè)計要求相差太大，或為了使計算結(jié)果盡量接近要求值，也可以通過對關(guān)鍵參數(shù)包線掃描的的方式進行批量仿真計算，找到符合設(shè)計值的最優(yōu)化參數(shù)。例如調(diào)節(jié)收放作動筒入口前的節(jié)流孔大小，將最大3 L/min的流量改為2.5L/min，可顯著延長收放時間，在其他設(shè)定參數(shù)均不改變的情況下，主起收放時間經(jīng)仿真計算后為13秒左右，收放動作更為平穩(wěn)。

5 結(jié)束語

    通過該項目的研究，可實現(xiàn)起落架收放系統(tǒng)的主要運動機構(gòu)的收放過程仿真，檢測機構(gòu)零部件的運動狀態(tài)和有無干涉情況，還可引入液壓系統(tǒng)的模型計算起落架收放動作對于液壓系統(tǒng)的壓力、流量需求，實現(xiàn)對系統(tǒng)相關(guān)元部件選型和關(guān)鍵參數(shù)的分析和優(yōu)化，對于飛機設(shè)計階段的方案驗證和優(yōu)化有很強的實用價值。

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本文標題：某型飛機起落架系統(tǒng)正常收放時間仿真分析

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