2021.14科学技术创新基于起落架落震试验的缓冲功量分析
王少宁1,2
（1、北京北摩高科摩擦材料股份有限公司，北京1022062、华北电力大学，北京102206）
1起落架缓冲系统简介
起落架缓冲系统亦称减震器系统，用以减少飞机由于瞬间撞击引起的强烈震动。系统由缓冲器和轮胎组成，工作原理是将冲击能量通过缓冲器活塞的摩擦做功、油液阻尼做功和变形等形式转换成热能。良好的缓冲系统应该既能保证飞机具有较好的舒适性，又能保证飞机具有良好的操纵性与稳定性[1-2]。轮
胎的工作原理与汽车轮胎工作原理，
方式基本一致，因此本文后续主要描述缓冲器的结构形式以及工作过程。现代飞机上应
用最广泛的是油气式缓冲器。
当缓冲器压缩时，气体的作用相当于弹簧，油液以极高的速度穿过小孔，吸收大量能量并转化为热能，使飞机很快平稳下来[3]。油气式缓冲器是用空气存储能量，吸收和消耗能量则通过油液以一定的控制速度流经节流孔
产生的节流阻尼实现，
其工作曲线如图1所示。图1油气缓冲器载荷-行程曲线
纵坐标P y 表示作用在缓冲器上的轴向力，横坐标S H 表示缓冲器行程。面积OAEBCO 就是气体压缩消耗的能量，曲线AEB 就是气体多变曲线。在正行程中，由于油液流过小孔时受到阻力，以热的形式消散了一部分能量，即面积AEBDA 。缓冲器
吸收的全部能量就是面积OADBCO 。在反行程时，
也要克服小孔对油液的阻力，以热的形式消耗的能量为AEBFA 。这样，
面积ADBFA 就是在缓冲器一个工作循环中以热的形式消耗的能量。这样就使飞机着陆撞击能量很快衰减，通常轮胎吸收10%~15%的飞机着陆动能，而剩下85%~90%的着陆动能是由减震器
吸收的[4]，所以起落架的缓冲性能主要取决于缓冲器的缓冲性
能。在方案阶段，设计起落架缓冲系统时往往需要采用一些经验参数，如支柱式缓冲器能量吸收效率0.8，轮胎能量吸收效率0.47[4]。完成初样加工后，进行起落架落震试验，落震试验是检验起落架缓冲系统最直接也是最接近飞机使用状态的验证方式。落震试验通常有两种方法：其一为美国军标规定的
基于能量等效的无仿升减轻质量法自由落震试验方法，第二为俄罗斯规范执行的带机械式仿升的落震试验方法[5]。
2基于起落架落震试验对起落架功量分析
本次落震试验采用的是减缩质量自由落震试验方法，机翼
升力用减缩质量法模拟，取飞机升力等于飞机的质量，
着陆质量由起落架，工装夹具和吊篮及配重组成的落体系统质量模拟，飞机着陆时的下沉速度用落体系统的试验投放高度模拟；飞机着陆水平速度用机轮预转（转向为逆航向）的方法模拟；机轮与跑道之间的摩擦系数用特制的测力平台模拟。
以落体作为整体研究对象，
由能量守恒定律，可知：式中：m t -投放质量，kg ；H-投放高度，m ；Y c -吊篮重心位移，m ；m d -起落架当量质量，kg ；V y -飞机着陆时下沉速度，m/s ；以某型起落架作为试验件进行落震试验，试验输入参数如表1所示，试验结果如表2所示，总功量如图2所示。
表1试验输入参数
表2落震试验试验结果数据
从图1可以看出，无论是缓冲器还是轮胎，均有正向压缩和反向回弹的过程。将图1总功量分解为正向压缩和反向回弹2个过程，如图2所示。轮胎的正反向工作过程与缓冲器基本一致，
汽车缓冲器只不过轮胎的阻尼相对于缓冲器而言要小的多，从图1也可以看出这一点。
作者简介：王少宁（1990-），男，籍贯：内蒙古乌兰察布，学历：硕士研究生，职称：中级工程师，就读于华北电力大学，
研究方向：起落架结构设计。
摘要：以某型起落架落震试验为例，分析了起落架落震试验过程，
包括正向压缩和反向回弹。根据测量数据绘制载荷-位移曲线图，计算缓冲器及轮胎的吸收能量占比以及各自能量吸收效率，计算结果显示缓冲器吸收能量占比89.54%，轮胎吸收能量占
总比10.46%。缓冲器效率0.8073，轮胎效率0.481，与理论计算时采用的假定值（85%~90%、10%~15%、0.8、0.47）相接近，
通过过程分析计算出的缓冲系统吸收的能量与通过重心位移计算出的测试功量相差0.3%。同时从计算结果可以发现，轮胎在整个缓冲过程中实际吸收的能量为其压缩吸收能量的1/3左右，为以后的缓冲系统设计提供了必要的参考依据。
关键词：起落架；落震试验；吸收效率；
缓冲系统中图分类号:V226文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)
14-0171-022
1
()2
t c d y m g H Y m gH mdV 投放质量，kg
投放高度，mm 机轮触台速度，
m/s
理论功量，kJ
6640
459 48
58.05
投放功量
kJ 测试功量 kJ 最大垂直载荷
kN 最大支柱行程
mm
最大轮胎压缩量
mm
最大吊篮重心位移
mm
59.425 58.888
182.204
357.41
144.20
452.42
171--
科学技术创新2021.14
图2缓冲系统总功量图
图3缓冲器正向压缩和反向过程从图1、图2可以看出，在缓冲系统压缩吸收能量过程中，经历了轮胎压缩、轮胎回弹、
缓冲压缩3个过程。即缓冲系统吸收的能力：式中：A LT+-轮胎压缩吸收能量；式中：
-轮胎最大压缩量。-轮胎回弹释放能量；式中：-轮胎稳定状态压缩量。-缓冲器压缩吸收能量；式中：-缓冲器最大行程。
计算结果如表3所示。
表3能量计算结果
上表中缓冲系统吸收的能量与表2中的测试功量因试验测试采集的设备、位置和计算采用的数据不同等
因素存在一定的偏差，但仅有0.3%。测试功量按下式计算：
式中：Y c -最大吊篮重心位移。
计算出缓冲器吸收能量占总比89.54%，轮胎吸收能量占总比10.46%。
缓冲器效率：
轮胎效率
：
3结论
通过上述分析，计算出缓冲器吸收能量占比89.54%，轮胎吸收能量占总比10.46%。缓冲器效率80.73%，轮胎效率48.1%。与
《飞机设计手册第14册起飞着陆系统设计》
给出的假定值对比如表4所示。
表4计算结果对比
从表4可以看出，试验结果与设计初期理论计算的假定值
相接近，同时，从第2章计算结果发现，轮胎因阻尼相对小的原
因，实际吸收的能量仅为压缩吸收能量1/3左右，这也为以后设
计计算提供了必要的参考依据。参考文献
[1]孙世峰.某型飞机起落架的着陆动态性能研究[D].长春：吉林大学,2009.[2]Fujun Jiao.Oil damping energy loss analysis of landing gear
shock absorber [J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part G:Journal of Aerospace Engineering,2019,233
(8).
[3]陈永新.飞机起落架系统简介[J].大众科技,2014,16(06):127-128+130.[4]飞机设计手册第14册飞机起飞着陆系统.
[5]齐丕骞，史惟琦，戚志民，史庆起.起落架落震试验中的仿升动力模拟[J].机械科学与技术
,
2002(S1):36-37.
xs_total A xs_total LT+LT -H+
A =A + A +A max
LT+y 0
A =P d
max -LT A s
LT-y max
A =P d
s H +A Smax
H y 0
A =P dS
max S LT
LT max
y max
A =
0.481P LT
缓冲系统吸收的能量
kJ 轮胎压缩吸收能量
kJ 轮胎回弹释放能量
kJ 缓冲器压缩吸收能量
kJ 58.713 12.638
-6.498
52.573
c Y c y c
A =P dy
缓冲器吸收能量占比
轮胎吸收能量占比
缓冲器效率
轮胎效率 85%～90% 10%～15% 0.8 0.47 89.54%
10.46%
0.8073
0.481
H H H max y max
A =
0.8073
P S
172--
发布评论