电磁释放锁在起落架落震试验中的应用与动力学过程研究

电磁释放锁在起落架落震试验中的
式中，M为飞机着陆质量。

当飞机三点水平着陆时，
等效原则的落震试验，起落架缓冲系统的动力过程可分
缓冲系统需要吸收的总能量为：
式中，A为缓冲系统在压缩阶段吸收的总能量，m 为当量质量，V
y
器，两者吸收的能量分别为：
式中，A
t
为轮胎吸收的能量，
轮胎垂向压缩量，A
abs
器的随行程变化的轴向力，
对于使用减缩质量法的落震试验，需要遵循机轮不能跳离台面的要求，因此，缓冲系统消耗的能量要不小于跳离所需的临界能量：
（8）
其中，C
cr
为起落架跳离地面的临界能量值，
式中，y
gc
为起落架上部质量的总位移量，g
加速度。

对于使用仿升法的落震试验，起落架允许一定程度的弹跳，其反弹高度可表示为：
由此可知，在起落架压缩阶段缓冲器吸能占比与系统的着陆速度相关，并且在起落架反弹阶段，两种试验方法的反弹高度都受到着陆速度的影响，在调参落震试
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（12）
式中，t为释放后的时间，t
cr
零的临界时间，y为上部质量行程，y
小衰减为零的临界行程。

假设磁力受时间影响与受间隙距离影响不相关。

起落架开始释放阶段，电磁锁作用在重物上的磁力表示为：
式中，f
o
为电磁锁最大磁力，y
电磁锁释放后落体的动力学方程为：
（14）式中，G为落体重量，即起落架、配重和夹具的重量之和，f为落体与试验台架之间的摩擦力。

对上述方程进行降阶，可得：
（16）
式中，V
y
即起落架着陆速度。

落震着陆速度影响因素及分析
基于第3节建立的电磁锁释放落体数学模型，针对架的着陆速度与误差大小，起落架下落至接触测力平台时终止计算。

设3种型号电磁锁的磁力随时间呈线性衰减，临界时间均为0.5s，落震试验投放质量为15t。

计算得到的起落架行程曲线如图2所示，因为假定三种型号的电磁锁临界时间一致，因此起落架开始下行的时间点均约为0.2s。

开始下落后，因为受磁力变化特性的影响，采用电磁锁3#的起落架最先着地，采用电磁1#的起落架最后着地，采用三种电磁锁的起落架触台时间分别为457ms、450ms、441ms，触台时间较为接近，表明磁力随间隙距离衰减特性对起落架触台时间影响较小。

起落架触台速度误差如表2所示，起落架下落加速度时程曲线如图3所示。

由起落架下落加速度曲线可知，加速度增长至9.8m/s2最晚时间为350ms，早于磁力随时间衰减的临界时间值，这表明此时磁吸面板与重物之间的间隙距离对磁力的影响占主导作用。

对比三种特性曲线，随间隙距离衰减最快的电磁锁3#，对应的起落架速度曲线斜率最大，下沉加速度最先达到9.8m/，从而使最终着陆速度误差比较小，为1.00%；随间隙距离衰减最慢的电磁锁1#，起落架加速度曲线开始时3#曲线较为接近，随后差异逐渐增大，最终着陆速度误差较大，达到1.89%。

电磁锁采用不同衰减特性曲线，对起落架着陆速度的误差变化影响较为显著。

图2 起落架行程曲线（1）
图1 磁力随间隙距离衰减曲线
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中国设备工程 2023.11 (下)
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根据标准规范所要求的功量误差，单次落震试验的功量误差必须不超过3%。

由表格2可知，在不考虑立柱与导论之间的摩擦、吊篮与立柱之间的间隙等因素影响的前提下，由于触台速度所造成的功量误差最大已达到3.74%，该次试验投放无效，这表明电磁锁性能对起落架触台速度的影响将直接关系到试验的有效性。

磁力随时间衰减速率
针对磁力衰减速率对起落架落震着陆速度的影响开展分析，假设电磁锁磁力随时间呈线性衰减。

本节计算的电磁锁，磁力随间隙距离衰减的特性曲线以图1中的电磁锁2#为例，投放质量为15t。

分别计算临界时间为0.2s、0.4s、0.6s、0.8s、1.0s 这5种情况下起落架的着陆速度，各工况计算至起落架触台时终止。

得到的起落架行程时程曲线如图4所示，由图可知，临界时间每相差0.2s，造成起落架下落的开始时间相差约0.1s，起落架触台时间也相差约0.1s，磁力衰减的临界时间大图5 起落架下落加速度时程曲线（2）
3.3 投放质量
对于指定量级的落震试验台，在额定提升能力的条件下，往往需要满足不同投放质量的要求，针对投放质量对起落架着陆速度的影响开展分析。

设电磁锁临界时
图3 起落架下落加速度时程曲线（1）
表2 触台速度与功量误差（1）
随间隙衰减特性曲线触台速度(m/s)速度误差%实际功量(J)理论功量(J)功量误差%
电磁锁1#
1.766 1.8923390.6724300 3.74
电磁锁2#
1.775 1.3923629.6924300
2.76
电磁锁3#
1.782 1.0023816.4324300 1.99
图4 起落架行程时程曲线（2）
图6 起落架行程时程曲线（3）
起落架下落加速度曲线如图7所示。

由图可知，投放质量为2t的曲线斜率接近直线，加速度能够在开始下落行程后40ms以内迅速达到目标值9.8m/s2，起落架着陆速度误差仅0.21%，实际功量误差0.44%，试验投放效果较为理想。

当投放质量增大，加速度曲线的斜率有明显的降低，起落架加速度从0到9.8m/s2所需时间最大为137ms，最终着陆速度误差与投放质量呈正相关关系，当投放质量大于等于10t时，功量误差接近3%。

这表明在确定的电磁锁特性参数条件时，投放质量越大，电磁锁磁力衰减延迟对起落架着陆速度和功量误差影响越显著。

表4 触台速度与功量误差（3）
投放质量
(t)触台速度
(m/s)
速度误差
%
实际功量
(J)
理论功量
(J)
功量误差
%
2 1.7960.213225.6232400.44
6 1.7840.909547.979720 1.77
10 1.778 1.2415806.4216200 2.43
14 1.775 1.3822054.3822680 2.76
18 1.774 1.4328323.6829160 2.87
着陆速度修正方法
由上述分析可知，电磁锁的参数特性以及投放重物的质量将对起落架着陆速度造成误差，影响试验的有效（磁力随间隙距离衰减曲线以及临界时间值）建立方程
组；（2）给定投放质量和理想状态下的投放高度H
前提条件，通过欧拉法或龙格库塔等方法求解方程组，得到起落架着陆速度V
和下落加速度时程曲线，根据计算结果判断着陆速度和投放功量是否满足要求；（3）因为起落架下落速度随投放高度单调递增，基于二分法
迭代计算上述方程组。

通过给定投放高度增量ΔH
，得到新的投放高度，利用数值方法求解方程组得到着陆
速度V
1
；（4）若着陆速度大于理想值，则修正高度增量为-ΔH/2，若着陆速度小于理想值，则修正高度增量为ΔH/2，得到新的投放高度作为求解方程组，更新高度增量；（5）重复此步骤，直到着陆速度满足要求。

结语
本文首先介绍了起落架落震试验方法及试验系统构成，根据试验释放落体所用的电磁锁建立了分析模型，该模型考虑了磁力随间隙距离衰减以及随时间衰减的特性，并基于该模型分析了不同特性参数和投放质量对着陆速度和功量的影响，得到以下结论。

（1）电磁锁磁力衰减特性对起落架着陆速度的影响不可忽视，由于着陆速度误差造成的功量误差大于3%，超出了标准规范要求范围；（2）着陆速度误差均与电磁锁磁力衰减的临界时间和临界间隙距离呈正相关图7 起落架下落加速度时程曲线（3）。