飞机起落架的虚拟样机仿真.doc

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11问题描述22.1飞机起落架虚拟样机建模42.2 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103 课程总结13参考文献：141问题描述如图1-1所示为起落架机构简图。图1-1 飞机起落架（注：图片来源：）起落架主要由以下几部分组成；减震器；飞机在着陆接地瞬间或在不平的跑道上高速滑跑时，与地面发生剧烈的撞击，除充气轮胎可起小部分缓冲作用外，大部分撞击能量要靠减震器吸收。收放系统：收放系统一般以液压作为正常收放动力源，以冷气、电力作为备用动力源。一般前起落架向前收入前机身，而某些重型运输机的前起落架是侧向收起的。机轮和刹车系统：机轮的主要作用是在地面支持收飞机的重量，减少飞机地面运动的阻力，吸收飞机着陆和地面运动时的一部分撞击动能。主起落架上装有刹车装置，可用来缩短飞机着陆的滑跑距离，并使飞机在地面上具有良好的机动性。机轮主要由轮毂和轮胎组成。本例中主要研究的是飞机的收放系统，飞机起落架的收放系统主要有前三点式和后三点式，本例中主要研究前三点式。因为前三点式着陆简单，安全可靠。若着陆时的实际速度大于规定值，则在主轮接地时，作用在主轮的撞击力使迎角急剧减小，因而不可能产生象后三点式起落架那样的“跳跃”现象。具有良好的方向稳定性，侧风着陆时较安全。地面滑行时，操纵转弯较灵活。现在主要研究轮胎位移与收起臂转角之间的关系。2.1飞机起落架虚拟样机建模新建一个ADAMS模型，将其命名为undercart。2.1 设置工作环境在建立虚拟样机之前，一般都需要进行必要的工作环境设置，如选择坐标系、单位、工作栅格、重力方向等。1. 设置坐标系通过选择菜单【Setting】/【Coordinate System】命令，在弹出如图2.1所示的设置坐标系对话框中选择笛卡尔（Cartesian）坐标系、相对于刚体坐标系（Body Fixed）以及313旋转序列。2. 设置工作栅格工作栅格可以让我们很好的捕捉屏幕中的点，设置工作栅格是很有必要的。可通过选择菜单【Setting】/【Working Grid】命令来设置，具体设置如图2.1，2.2所示。 图2.1 设置坐标系 图2.2 设置工作栅格3. 设置单位通过【Setting】/【Units】命令来设置单位，具体设置如图2.3所示。 图2.3 设置单位 图2.4 设置重力加速度4. 设置重力加速度ADAMS允许用户随意设置重力加速度的方向大小以及有无等情况，这为我们提供了诸多方便，比如我们可以只建立一个模型就可以仿真水平面（-Y方向）以及壁面的爬行情况（-X方向）。可通过【Setting】/【Gravity】命令来设置重力加速度，如图2.4所示。2.2 起落架的建模与验证在进行飞机起落架的仿真建模之前，应该要对起落架进行简要的结构分析和力学分析。对曲柄的分析很重要，因为起落架能否成功收起与曲柄的长度和转角都有一定的关系，设置一个适当的曲柄长度和转角会提高起落架收放的效率。为飞机的顺利起飞带来方便，节省宝贵的时间。2.2.1 起落架模型的建立1. 建立起落架四杆机构模型在主工具箱中，选择【Link】按钮，勾选【Length】、【Width】、【Depth】选项，分别设为470、20、10，从原点起向上画出曲柄OD，然后依次输入580、20、10，从B点起向右画出连杆DA。在主工具箱中，选择【Link】按钮，勾选【Length】、【Width】、【Depth】选项，分别设为420、20、10，从A起向下画出曲柄AB，在主工具箱中，再选择【Coordinats】按钮，选中连杆Ab然后以A点为圆心逆时针旋转30度。在主工具箱中，选择【Link】按钮，勾选【Length】、【Width】、【Depth】选项，分别设为320、20、10，从B点起沿30方向画出与OD杆交与C点，这样四杆机构的整体外形已经完成。如图2.5 图2.6 起落架机构模型 2. 建立起落架轮胎模型在主工具箱中，选择【Cylinder】按钮，勾选【Length】、【Radius】选项，分别设为25、5，在O点处画出轮胎1，然后右击轮胎1选择【copy】复制轮胎2.。在主工具箱中，再选择【Coordinats】按钮，选中轮胎2然后以圆心为点向轮胎1反方向移动80，完成轮胎的造型，如图2.7图2.7 起落架机构模型 2.8最终造型如图3. 为模型添加运动副和驱动力矩在住工具箱中，选择【Joint】按钮，分别为A、B、C、D、O点添加转动副，为连杆AD和地之间添加【Fixed】，因为连杆AD在起落架上升下落过程中是不动的。为曲柄AB添加转动力矩【Motion】速度为-30，最终如图2.92.9最终造型如图2.2.2 起落架模型的运动仿真点击主菜单，选择仿真按钮，设置仿真时间为2s，步长为100，观察仿真情况，如图2.10所示。 （a）（b） （c） （d）2.13运动过程仿真2.2.3 数据测量1 起落架的数据测量在本例中对起落架的位移，速度和加速度都进行了测量，测量的结果如下图2.14、2.15、2.16. 2.14起落架位移 2.15起落架速度 2.16起落架加速度2 曲柄的数据测量曲柄的角速度为-30，如图2.17所示，将两个数据放在同一表中，可以看到起落架的位移在角速度匀速的情况下的变化，如图2.18 2.16起落架加速度2.16起落架位移与曲柄角速度之间的关系3 课程总结来北航学习之前，我对ADAMS一无所知。第一次接触，看老师演示几个例子，一下子带给我万分的惊喜：以前在机械原理课程中学到的东西，抽象而繁杂，在这里竟会变得如此的生动与简单。通过老师课上所讲以及其它途径慢慢认识到了ADAMS作为动力学分析软件的强大功能，它的博大精深与包罗万象在以后对于工程技术人员来说将会从辅助变为必需。通过此次实验我重新梳理了ADMAS的基础知识和操作。从最开始的对产品模型的简化、观测量的替代，到模型的参数化，再到实验数据的分析。这样一个过程也恰恰是工程技术人员的思维过程。这个工具正是使这种思维规范化与可实现。在这里非常感谢郭老师开设的这门课