基于iSIGHT-Adams起落架缓冲性能优化设计

基于iSIGHT/Adams起落架缓冲性能优化设计

摘要: 基于Adams/Aircraft建立了某型飞机主起落架落震功能虚拟样机，并进行了落震仿真，仿真结果与试验结果具有较好的一致性。以该落震功能虚拟样机为基础，以缓冲器轴向力和缓冲器效率为优化设计目标，以油针几何参数为设计变量建立了该型起落架缓冲性能优化设计模型。并基于iSIGHT/Adams 对起落架油针的几何形状进行了优化设计。在使用功落震工况下，优化后的缓冲器轴向力减小了7%左右，而缓冲器效率可同时提高6%以上。

关键词: 起落架；油针；优化设计；ADAMS；iSIGHT

中图分类号：V226 文献标识码：A

Optimization Design of Landing Gear

Shock-Absorbing Characteristics Based on iSIGHT/Adams

Jiang Liangzhi , Wei Xiaohui, Zhang Ming

(Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense-Advanced Design Technology of Flight Vehicle, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China)

Abstract: Drop functional virtual prototyping of a certain airplane main landing gear has been established based on Adams/Aircraft. And drop simulation has been conducted. There is a good correspondence between the simulation result and the experimental data. A shock-absorbing characteristics optimization design model has been established with axial force and effectiveness of shock strut as objectives and metering pin geometric parameters as variables respectively, base on the drop functional virtual prototyping. Optimization design of landing gear metering pin geometric profile has been conducted based on iSIGHT/Adams. Under use work drop case, shock strut axial force decreases about 7%, and shock strut effectiveness can increase 6% more at the same time after optimization.

Key words: landing gear; metering pin; optimization design; ADAMS; iSIGHT

引言

起落架缓冲性能设计是起落架设计的核心问题，具有良好缓冲性能的起落架，才能使飞机和起落架在着陆、滑跑和地面操纵过程中具有较低的疲劳载荷、较好的稳定性、舒适性和较高的可靠性[1]。起落架缓冲性能的好坏主要依赖于缓冲器的设计是否合理，而缓冲器参数（包括充填参数和结构参数）配置的恰当与否，对缓冲性能有着决定性的影响[2]。通过优选缓冲器参数使起落架缓冲性能达到最佳状态，对于提高起落架的承载能力，减轻重量，延长寿命，增加地面操纵安全性和成员舒适性等都有着重要的意义[3]。

针对起落架缓冲性能的优化设计问题，研究者们在近年来开展了一些探索性的研究。晋萍[4]对变油孔缓冲器的初始压力、油孔面积和油针最底端截面半径进行了参数优化。陶小将[5]和蔺越国[6]分别对定油孔缓冲器的油孔面积进行了参数优化。通过这些优化设计，起落架缓冲性能都得到了一定的提高。然而，目前的优化设计仍存在自动化程度不高[5,6]，或是依赖于某个动力学分析软件的优化模块，缺乏多学科、多目标优化设计的能力[4]。

随着多学科设计优化（MDO）技术的不断发展，用于优化设计的商用软件(如iSIGHT等)不断

成熟，为缓冲器的多学科、多目标优化设计提供了良好的设计手段支持。许多以往难以解决的优化问题得到很好的解决。通过iSIGHT优化平台集成动力学软件Adams/Aircraft模块对起落架进行参数优化仿真分析，能够克服以往优化方法目标单一和自动化程度不高等诸多局限，迅速找到一组参数最优解，获得起落架的最佳缓冲性能。

本文首先基于Adams/Aircraft建立某型飞机主起落架落震功能虚拟样机，并进行落震仿真分析。建立油针形状的优化模型，并以该落震功能虚拟样机为基础，基于iSIGHT集成Adams/Aircraft对油针的几何形状进行优化设计，以期达到提高起落架缓冲性能的目的。

1 落震仿真分析

通过Adams的Aircraft模块对某型飞机的主起落架进行落震仿真分析，起落架落震模型如图1所示。仿真分析的结果如图2所示，为使用功和最大功的功量曲线。表1为仿真结果与试验数据的对比。通过对比发现，仿真结果与试结验数据具有较好的一致性,证明了该仿真分析的可信度。

图1 主起落架落震仿真模型

图2 主起落架落震功量图

表1 仿真结果与试验数据对比

Fs：缓冲器轴向力（单位：kN）；N：过载；

η：效率；Fv：地面垂直反力（单位：kN）

2 优化模型的建立

缓冲器参数包括充填参数初始压力、初始容积和结构参数油孔面积、油针形状等。对初始压力、初始容积和定油孔面积的优化设计，一般的优化方法都可以很好的实现。油针形状比较复杂，一般的优化方法对油针形状的优化设计难以较好的解决。油针形状设计的合理与否，直接影响着起落架缓冲性能的好坏，因此建立油针形状合理的优化模型对于提高起落架缓冲性能有着重要的意义[7]。

2.1 设计变量

图3所示为油针轮廓图。S1～S5分别为分段处到油针顶端S0的距离，A0～A5为相应的横截面积。本文选取S1～S5，A0～A5为设计变量。

图3 油针轮廓图

2.2 目标函数

衡量起落架缓冲性能好坏的主要指标是缓冲器轴向力Fs和缓冲器效率ηh，本文选取Fs和ηh 做为目标函数。

2.3 约束条件

（1）缓冲器行程

要求缓冲器的使用行程S sy小于0.9倍的最大行程S max，即

S sy<0.9S max

（2）正反行程总时间

为了避免飞机发生振荡，保证缓冲器吸收完冲击能量后能够立即准备好吸收下一次的冲击能量[8]，要求正反行程的总时间不超过0.8s，即

t≤0.8s

（3）轮胎吸收能量