飞机应急放性能仿真分析

飞机应急放性能仿真分析

文章根据适航条款对起落架应急放功能的要求，研究了起落架应急放机理，分析了起落架运动过程中载荷变化，建立了某机型民用飞机舱门联动式前起落架动力学仿真模型，模拟仿真起落架应急放过程，从起落架支柱合力矩曲线判别起落架应急放功能是否失效。推算不同飞行速度对应急放功能的影响，为制定起落架应急放操作速度要求提供依据。

标签：起落架；收放机构；应急放；动力学分析

1 概述

起落架是飞机重要部件，起落架的正常收放是飞机安全着陆的保证。起落架正常收放由飞机液压能源驱动收放机构实现。由于起落架结构受载严重，控制系统复杂，起落架也是飞机故障高发部件。据美国国家运输安全委员会统计，十年间，各类飞机因起落架系统故障引起的不正常飞行事件占不正常飞行事件总数的15%[1，2]，其中因起落架收放系统故障引发的事故就占到23%。收集1990年至今国际民用航空由起落架不能放下导致的飞行事故共60起，通过查阅世界民航安全数据库等资料，可以大概得到起落架不能放下的原因有：飞行员操作失误；机械故障；维修不当；液压系统故障等。其中由飞行员操作失误引起的共7起，由机械故障引起的共21起，由维修不当引起的共2起，由液压系统故障引起的共4起，不明原因的28起，见图1。

本文分析了应急放过程中起落架所受载荷，计算不同空速下的起落架应急放受力，提出了制定应急放操作速度要求的方法。

2 应急放运动机理分析

从运输类飞机适航标准中可知，在执行应急放操作的前提是正常收放过程中的液压源，电源或等效能源失效，一般情况即造成起落架收放作动筒失去液压动力以及开锁作动筒失去开锁动力。此时，驾驶员需通过拉动应急放手柄，通过机械开锁装置，打开起落架上位锁。此时，起落架仅凭自身重力作用放下至上锁状态。

有较多的民用飞机前起落架采用舱门联动式机构，即起落架收放的同时带动前后舱门的开闭。这种方式的联动机构控制系统简单，可靠性高。

3 应急放载荷分析

由于液压源失效，起落架失去主要动力源收放作动筒力，起落架在收放过程中的主要载荷为起落架及舱门自身重力，舱门气动载荷，支柱气动载荷，作动筒收放阻尼，下位锁弹簧力，机构内部摩擦力。

起落架各部件的气动阻力作用在压心上，且指向气流流向[1]。

式中：Fa，d■为起落架第i个部件上的气动阻力，V为气流速度，Cx为部件的阻力系数[3]起落架第i个部件在垂直于气流平面上的投影面积。

支柱上的气动阻力为有助于起落架放下，而起落架收起时则相反，支柱气动力矩满足：

M=-？撞Fa，d■Li

式中：M为气动阻力的力矩；Li为第i个部件上气动阻力的作用力臂。

下位锁弹簧是用于保持起落架下位锁连杆过中心后维持上锁状态，锁弹簧始终处与拉伸状态，F_ls=k×（l-l0），式中：k为锁弹簧刚度系数；l0为弹簧的原长；l为弹簧的时时长度。

4 动力学仿真分析

通过多提动力学仿真软件Adams，建立起落架动力学模型，如图2所示。

将起落架支柱作为分析主体，计算各个载荷对起落架支柱转矩，起落架支柱受到合转矩如下所示[4]：

M合=Mspring+Mg+Mflu+Mair （1）

若整个应急放过程中支柱所受合力矩均大于0，则合力始终促使起落架放下上锁，反之，若在应急放过程中，支柱所受合力矩小于0则起落架则有可能停在合力矩为0处，出现应急放故障。

对各载荷力矩求和，求出支柱转矩合转矩，如图3所示。

从图3中可以看出，起落架最小合力矩发生在起落架接近放下上锁位置。

不同飞行速度下起落架应急放合力矩。如图4所示

从图4可以看出，当空速在180节-270节范围内时，支柱合力矩均大于0，起落架应急放功能正常。当飞行速度为340节时，起落架合力矩小于等于0，应急放功能存在失效风险。因此，该机型的最大应急放速度应小于340节。

5 结束语

综上所述，民用飞机的起落架应具备仅在自身重力与气动力情况下能够实现放下上锁的应急放功能。通过仿真计算分析，最有可能发生应急放故障的位置为起落架接近放下状态，而阻碍作用力为舱门气动力。不同飞行空速引起的气动载

荷变化影响起落架应急放功能，当气动载荷增大到在放下过程中合力矩小于0，则起落架无法放下上锁，发生应急放故障良好的设计舱门机构，减小舱门气动力转化为支柱的转矩能够提升起落架应急放的空速范围。在起落架设计时，通过分析手段，明确起落架应急放速度条件，是起落架安全设计的保证。

参考文献

[1]陈琳.飞机起落架收放运动与动态性能仿真分析[D].南京：南京航空航天大学，2007.

[2]吉国明，董萌.某型飞机起落架收放機构性能仿真[J].2012，37（3）.

作者简介：张恒康（1986-），男，浙江金华人，工程师，硕士研究生，研究方向为民用飞机前起落架设计。