飛機著陸受力分析及減震技術研究

摘 要：在飛機著陸過程中，機身因與地面接觸而產生的動、靜載荷全部都被飛機的起落架承受著，作為構成飛機的主要部件，對于著陸過程中，因飛機撞擊地面、跑道滑行等運動而產生的力，起落架可以全部吸收并消耗殆盡。起落架可以有效減緩飛機的振動幅度，使飛機在與地面撞擊時承受較小的載荷，不僅可以為飛機的安全飛行提供保障，還可以為人們提供舒適度優良的乘坐環境。

關鍵詞：飛機著陸受力分析；起落架；減震技術

傳統的減振方案在設計時的主要思想是如何提高起落架緩沖器的工作效率、提高緩沖性能，如何對起落裝置現有的耗能方式進行創新優化等。文章通過對降落區概念的探討，闡述了降落區的緩沖機構應該與飛機的起落架共同承擔飛機因著陸而產生的力的原理，希望有利于我國減振技術的創新與發展。

1 飛機著陸動力學以及減振技術的發展

要想在飛機著陸過程中減少起落架的沖擊載荷，首先要深入的了解并掌握起落架在著陸過程中的動態響應，找出對起落架動態載荷有重要影響的因素。很多學者針對這一情況進行了研究，隨著研究的不斷深入與發展，研究出現了兩條的分支，一種是精確建模。即建立可以對飛機在著陸過程中起落架的動態過程進行準確描述的理論模型；一種是分析對起落架動態載荷有重要影響的因素，制定適宜的減震設計方案消除這些障礙性因素，最終在飛機著陸過程中，實現減震。

準確且詳細的描述飛機著陸過程中起落架的動態過程，可以便于確定對起落架動態載荷有重要影響的因素的數量以及性質。而創建新的減震設計方案，可以有效促進精確建模研究的發展。這兩種研究方向相互協作，共同發展，對我國飛機減震技術的發展有著積極的作用。

2 飛機著陸受力分析

2.1 基于對稱著陸情況下

在飛機著陸過程中，飛起主起落架一同著陸，即飛機著陸時，與飛機的縱對稱面相比，飛機的運動狀態是對稱的，被稱為對稱著陸。通過實際觀測可知，飛機在著陸過程中，不存在完全對稱的狀態，但假設存在對稱著陸而進行研究，基本適用于飛機的著陸情況。圖1是飛機著陸過程中主起落架與地面撞擊時的側視圖。

圖中的C處為飛機的重心，該處集中了飛機的大部分質量。在與地面發生撞擊時，飛機各個主起落架中的沖擊力都在不斷增加，不僅對飛機重心在垂直方向的速度造成了影響，還導致主起落架出現圍繞飛機進行旋轉的現象。垂直方向中重心速度的自由度以及主起落架在橫軸處所產生的圍繞旋轉運動對飛機機身運動的自由度有著嚴重的制約性。通過對比模擬與實際情況可知，飛機著陸過程中，模擬中其前起落架的載荷要比實際中的大，但其主起落架在動態響應方面的研究與實際情況較為符合。

2.2 基于非對稱著陸情況下

所謂的非對稱著陸是指飛機在著陸過程中，飛起主起落架落后時間不同，也可以說相對于飛機的縱對稱面，其運動狀態并不對稱。事實上，飛機在著陸的過程中，都是處于不對稱狀態中。圖2為飛機與地面發生碰撞時的正視圖與側視圖。

在飛機處于非對稱著陸狀態時，最先與地面進行撞擊的主起落架在撞擊的那一刻所受的沖擊力便會逐漸加大，它在影響飛機重心在垂直方向的速度的同時，還導致主起落架出現圍繞飛機進行旋轉的現象。主起落架圍繞橫軸所產生的旋轉運動以及垂直方向時機身重心降落速度的自由度，都是影響機身運動的自由度的關鍵因素。通過對比飛機著陸過程中的對稱情況與非對稱情況可知，在前起落架的載荷方面，非對稱情況要遠大于對稱情況；在起落架動態響應方面，左主起落架所受到的緩沖支柱力相差無幾，而右主起落架所受到的緩沖支柱力有較大差距。

3 降落區飛機著陸過程中的減震技術

3.1 建立降落區仿真模型

降落區的構建原理是在飛機跑道中設立一個可以對飛機著陸進行緩沖的機構。構建降落區的主要材料有三個，分別是浮動板、支撐彈簧系統以及支撐阻尼系統。浮動板是一給平板，其主要支撐物是阻尼與彈簧，本次模擬中假設其為剛性平板。作為浮動板主要支撐力的彈簧系統即支撐彈簧系統，在本次模式中，假設該系統屬于線性彈簧系統。支撐阻尼系統屬于阻尼器系統中的一種，它的主要作用是對浮動板進行支撐，本次模擬中假設其屬于線粘性阻尼系統。當飛機著陸時，降落區將會與起落架共同承擔飛機的著陸動能，對于飛機的起落架而言，可以有效減少其著陸撞擊載荷。假設固定起落架的質量只具備垂直方向的自由度，不計對比緩沖支柱軸線而言軸所產生的偏距以及起落架的彎曲。在飛機著陸速度正常情況下，即與地面發生撞擊時的速度在2.6m/s時，減震模擬結果與實際計算結果基本吻合。雖然在撞擊的后邊部分存有偏差，但相關研究人員表明之所以會出現這種偏差，是因為在測量過程中產生了偏差。通過計算結果可知，飛機在著陸過程中，其輪胎并沒有出現剛性壓縮的現象。通過對飛機著陸的運動進行分析，可知，在飛機與地面發生撞擊后，將會產生質量碰撞，導致飛機的載荷會大幅度增長；繼而阻尼與彈簧將會作為飛機降落的主要支力，當飛機載荷與峰值相同，便會開始減小；把降落區的質量定值后，飛機的載荷會繼續上漲，迎來第二個峰值后，才會停止上升趨勢。

而在飛機著陸速度不正常的情況下，減震模擬結果與實際計算的吻合度要明顯高于飛機著陸速度正常的情況。飛機輪胎的剛性壓縮情況出現在飛機與地面發生撞擊后的0.05s左右。

4 結束語

文章通過精確建模以及減振設計方面對飛機在著落過程中，起落架的載荷進行了具體分析，并闡述了減震技術的發展方向，并通過減震模擬試驗，研討了飛機的減震技術，將降落區的概念引進到減震方案的設計過程中，通過建模分析了飛機著陸過程中起落架的具體運作動態，并進行了數值仿真，最后，通過減震模擬結果與實際計算相比，得出該減震技術方案可以在很大程度上降低起落架在飛機著陸過程中所承受的撞擊載荷。

參考文獻

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