[交通运输]A320起落架设计与反设计及收放运动分析.doc

本科毕业设计论文本科毕业设计论文题 目 A320飞机起落架设计与反设计及收放运动仿真专业名称 飞行器设计与工程 学生姓名 指导教师 毕业时间 设计论文毕业 任务书一、题目A320飞机起落架设计与反设计及收放运动仿真二、研究主要内容起落架系统是飞机的关键部件之一，其工作性能直接影响到飞机起飞、着陆性能与飞行安全。在现代飞机起落架的各个工作部件中，收放机构在使用中发生失效的概率高达34.4%。因此，开展起落架收放系统的研究具有重大意义。本文首先总结了起落架的各种结构形式及收放方式，并针对A320飞机起落架的收放机构进行了功能原理和收放运动分析；然后应用CATIA建立了A320飞机起落架的零部件的三维模型，并进行了装配，完成了该飞机起落架的数字样机模型；接着以虚拟样机技术的相关理论和功能虚拟样机的实现过程为基础，结合多体运动学和多体动力学基本理论，运用LMS软件的Motion模块对该飞机的起落架进行了运动学仿真和动力学仿真，并针对仿真结果进行了相应分析；最后应用CATIA建立了A320飞机全机的三维模型，结合已经建好的起落架模型，利用LMS软件实现A320飞机滑跑过程的仿真。研究结果对飞机起落架的运动学和动力学分析和设计具有实际意义和工程参考价值。三、主要技术指标熟悉起落架的各种结构形式及收放方式，尤其是A320飞机起落架的收放机构的功能原理和收放运动过程；掌握软件CATIA和LMS的应用，熟悉结合多个设计平台的设计方法；掌握多体运动学和多体动力学的基础理论和基本理论；根据模型参数，对A320飞机起落架系统进行多体运动学仿真，并对仿真结果进行分析；根据模型参数，对A320飞机起落架系统进行多体运动学仿真，主要对针对气动阻力的影响进行分析；根据A320全机尺寸参数及重量参数，进行全机滑跑仿真并获得全机震动曲线。四、进度和要求第5周第6周：查阅相关资料，翻译英文资料，学习CATIA软件；第7周第8周：归纳总结所查阅的资料，了解起落架结构形式及收放方式，其是A320飞机起落架的收放机构的功能原理和收放运动；第9周第10周：A320飞机前起落架和主起落架的CATIA模型构建，同时学习LMS软件；第11周第12周：A320飞机起落架系统仿真模型的建立及运动学与动力学仿真；第13周第14周：针对起落架运动学和动力学仿真结果的分析，全机滑跑仿真模型的建立和仿真及仿真结果的分析；第15周第16周：整理分析，得出结论，毕业设计小节。五、主要参考书及参考资料1 李为吉.飞行器总体设计M.西安:西北工业大学出版社，2004年.2 飞机设计手册总编委员会编.飞机设计手册第14册起飞着陆系统设计M.北京:航空工业出版社,2003.3 Heiner Dupow,Gordon Blount.A review of reliability predictionJ.Aircraft Engineering and Aerospace Technology,1997,69(4):356362.4 朱林,孔凡让,伊成龙等.基于仿真计算的某型飞机起落架收放机构的仿真研究J.中国机械工程,18卷第1期,2007.1.5 史永胜,宋云学.飞机起落架设计专家系统研究J.飞机设计,1999，13（4）：19-23页.6 林海.飞机接地动态特性研究J.国外试飞.1995,12(6):28-36页.7 宋静波.飞机构造基础m.北京：航空工业出版社：2004.8 诺曼·斯·柯里.起落架设计手册m.北京：航空工业出版社.9 李学志,李岩松.CATIA实用教程M.北京:清华大学出版社，2006.10 高利,迟毅林,曾谢华.虚拟产品开放中的虚拟样机技术和数字样机技术J.机械研究及应用18卷第5期，2005.10.11 王裕昌.对我国以往常用起落架载荷谱存在问题的探索J.航空学报,北京:航空工业出版社，2003.12 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，2007.6；13 .学生 _ 指导教师 _ 系主任 _摘 要起落架系统是飞机的关键部件之一，其工作性能直接影响到飞机起飞、着陆性能与飞行安全。在现代飞机起落架的各个工作部件中，收放机构在使用中发生失效的概率高达34.4%。因此，开展起落架收放系统的研究具有重大意义。运用仿真技术分析飞机起落架的运动学和动力学特性，对于降低飞机研发成本，提高飞机性能具有十分重要的工程意义。本文以空客A320飞机起落架为对象，分析了A320飞机起落架的功能原理及收放运动；通过应用虚拟样机技术研究了起落架收放运动的运动学和动力学特性，并进行了整机滑跑仿真。应用CATIA建立了A320飞机起落架的数字样机和收放运动学分析模型，并且建立了全机外形三维模型。基于CATIA和LMS软件，以A320飞机起落架为对象进行了收放运动学仿真分析和动力学仿真分析，最后进行了全机滑跑仿真。分析了起落架在收放运动过程中所受的各项载荷，并根据各载荷影响的大小和仿真的条件对其进行了简化，利用LMS软件重点分析了气动阻力对收放运动的影响，研究结果对飞机起落架的运动学和动力学分析和设计具有实际意义和工程参考价值。关键词：起落架，A320，收放系统，LMS，仿真分析ABSTRACTThe landing gear system is the key components of aircraft, whose working performance directly affects the flying security and the performance of aircrafts take off. During all the modern aircrafts components, the disabled probability of the retraction system has been up to 34.4%.Thus, its meaningful to study the retraction system.It is very significative in the project for reducing costs of aircraft research and development and improving the performance of the aircraft to analyze the kinematics and dynamics characteristics of aircraft landing gear retraction system by using simulation technology.This paper took the landing gear system of A320 aircraft as the object to analyze the principle of function and retractable movement; then, in terms of VPT, this paper analyze the kinematics and dynamics characteristics of aircraft landing gear retraction system; at last, carry on the aircraft ground run simulation.The kinematical model of the aircraft retraction system and the entire aircraft contour three-dimensional model was built in CATIA. Based on CATIA and LMS software, taking the A320 aircraft as the object, the paper carry on the kinematics simulation analysis and dynamics simulation analysis of the retraction and extension movement, finally carry on the entire aircraft ground run simulation.The loads during the retraction and extension process of landing gear are list and calculated, and then some loads that have more important effect on the system are selected and their effect is analyzed with some function of software LMS. For example, the aerodynamic load. The analysis above is of actual and referenced value for kinematics and dynamics analysis and the design of landing gear retraction system.Key Word: landing gear, A320, retraction system, LMS, simulation analysis目 录第一章 绪论61.1工程背景81.1.1可收放式起落架及其安全性81.1.2起落架现代设计技术81.2国内外研究现状91.3本文研究内容11第二章 可收放起落架及其运动分析122.1起落架结构形式简介122.2起落架收放方式132.2.1.主起落架收放方式132.2.2前、后起落架收放方式142.3 A320飞机起落架分析142.3.1 A320飞机起落架概述142.3.2 A320飞机起落架收放运动分析172.4小结19第三章 起落架数字样机的建立203.1数字样机技术203.2 CATIA V5简介213.3起落架数字样机223.3.1.零件建模223.3.2.装配283.4 小结30第四章 A320起落架运动学仿真314.1 多体运动学简介314.1.1多体运动学基础理论314.1.2 多体运动学基本理论334.2 LMS Virtual.lab简介344.3A320起落架多体运动学仿真354.3.1.A320前起落架运动仿真364.3.2A320主起落架运动仿真414.5小结46第五章 A320起落架动力学仿真475.1 多体动力学基本理论475.2 A320起落架多体动力学仿真485.2.1485.2.2载荷加载535.3动力学仿真分析565.3.1前起落架动力学仿真分析565.3.2主起落架动力学仿真分析585.4小结60第六章 A320全机滑跑仿真616.1 A320飞机全机外形建模616.1.1A320飞机全机外形建模616.1.2全机装配626.2起落架轮胎力及减震器设置636.2.1起落架轮胎力设置636.2.2起落架减震器设置646.3全机滑跑模拟666.4小结68第七章 总结与展望697.1工作总结697.2研究展望69参考文献71第一章 绪论1.1工程背景1.1.1可收放式起落架及其安全性为了减小飞行中的阻力，现代飞机的起落架通常是可收放的。即在起飞后，将起落架收入飞机内部（机翼或机身内）并关闭起落架舱；着陆前，再放下起落架，将之固定在一定的位置并可靠地锁住。主起落架收放的基本形式有沿翼展方向收放和沿翼弦方向收放两种1，而前起落架一般沿机身方向顺风收起。收放任务由收放执行机构完成，它的作用是按指定的运动形式，将起落架准确地收或放到飞机上的指定部位，收放机构一般采用四连杆机构。在我国，飞机结构的合理性、安全性一直受到包括飞机行业政府部门、飞机生产企业和普通乘客在内的共同关注。一方面，政府部门制定了强制性的飞机设计安全法规；另一方面，广大乘客在乘坐飞机时，将其安全性作为重点考虑的内容。现代飞机起落架系统在飞机的所有工作部件中起着至关重要的作用，其工作状态直接影响到飞机起飞、着陆性能的实现与飞行安全。由于现代飞机空地循环周期缩短，寿命期内地面运动距离增长，因而致使起落架结构所承受的动载荷较大，造成系统工作环境复杂，出现故障较多。在现代飞机起落架的各个工作部件中，收放机构在使用中发生失效的概率是比较高的。现代飞机起落架收放机构常见故障有：收放机构（特别是连接部位）出现疲劳裂纹；减震装置密封损坏而漏油泄气，使减震性能下降而载荷增大；收放机构变形过大导致卡阻；位置锁失效而无法上锁等等。例如：1998年9月10日。中国东方航空公司MD-11型2173号飞机在前起落架无法放下的情况下，在上海虹桥机场喷洒泡沫灭火剂的跑道上实施迫降，飞机损坏。经调查研究发现：因为收放机构中的构件损伤而导致起落架放不到位，致使飞机迫降事故发生的概率为34.4%24。另据资料统计，1993-2003年十年间，各类飞机因起落架系统故障引起的飞行不正常事件占不正常飞行事件总数的15%，而其中因起落架收放系统故障引起的事故就占到了23%3。基于上述现状，进一步加深对起落架收放系统的研究显迫切而重要。1.1.2起落架现代设计技术我国飞机起落架型号的研制，大多仍采用传统的仿制和测绘改型设计方法,尤其在收放系统设计中，干涉、动力学分析等因素显得不太重要，因而基本不予考虑。近年来，伴随着我国新机种的设计，国内开始自行设计起落架系统，尤其是大型飞机的起落架系统。但目前起落架型号研制从设计、试验、定型，到通过试飞条件下的极其严格的考核，平均需五至十年，要经过许多次设计修改循环，而目前美欧国家新型起落架型号平均只需二至三年，一种起落架改型甚至只要六个月就可基本完成，造成这种研制周期的差异的主要原因是国外普遍采用了起落架现代设计技术。现代设计技术是由设计方法学、优化设计技术、有限元技术、控制技术、系统仿真技术及CAD技术等基础技术组成的。CAD技术经过了三十多年的开发，已越来越成熟,像CATIA、UG、PRO/E那样的大型集成CAD支撑系统已能实现三维造型、有限元分析、优化计算、绘图、数控加工编程一体化，使设计、分析、试验和制造的全过程中的所有工作能同时完成。更有了像LMS Virtual.lab、ADAMS那样的机械系统运动学/动力学模拟与仿真、优化软件包，可分析、优化机械产品性能。根据国际权威人士对机械工程领域产品性能试验和研究开发手段的统计和预测，传统的机械系统实物试验研究方法，将在很大程度上会被迅速发展起来的计算机数字化仿真技术取代。起落架现代设计技术是以“起落架现代设计理论与现代设计方法(例如动态优化设计、有限元、仿真、可靠性技术、控制技术等)”为基础，以“计算机及CAD”为工具，以“实现起落架设计自动化、优化起落架整体性能为目标”的综合技术。发达国家对于起落架收放系统的研究比较成熟，设计过程采用了一些功能强大的仿真软件，因而能够对起落架收放系统分析得较为全面。例如世界上最大的起落架系统供应商Goodrich公司与LMS美国的工程咨询部合作，为空客A380的Goodrich起落架实现模态试验。起落架装置模态振型的选取中，通过LMS Test.Lab显示所有的测量FRF的求和，能够快速了解模态共振的情况。根据采集获取的数据，使用LMS独特的LMS PolyMAX能够提取相互独立的模态参数，然后这些模态参数通过计算能够拟合出频响函数。在测量的频响函数和拟合频响函数之间具有很好的相关性，LMS模态分析方法能够精确地重建测量获得FRF。由LMS公司对起落装置系统进行试验模态分析，这使得Goodrich公司能够验证相当复杂的机械系统的有限元模型。关于收放系统的设计和分析，现阶段在我国主要还是采用传统的方法，尚未有通过LMS软件建立对应真实物理部件的动力学仿真模型。目前国内的许多科研院所也开始引进LMS，应用于解决起落架及其它动力学系统的工程设计及分析。1.2国内外研究现状起落架的收放机构运动复杂，起落架的收放，上、下位锁开锁和上锁，舱门的打开和关闭等均要正确匹配和协调，否则将会发生飞行事故。我国开展了与起落架现代设计技术密切相关的专题研究，并取得了一大批研究成果，其中有些达到世界先进水平，如变油孔双腔缓冲器设计技术，飞机前轮防摆技术，飞机地面运动动力学分析技术，长寿命、高可靠性起落架设计及寿命评估技术，起落架结构优化设计技术，起落架收放系统仿真分析技术，起落架主动控制技术等，这些成果部分地应用于型号研制中，并取得了一定效果。许多学者与研究生在理论方面也开展了一系列研究工作。起落架设计与评定技术指南集中反应了我国近年来在起落架现代设计理论与方法方面的进展情况。但与国外相比，我国的大量研究成果是分散的，孤立的，没有作为模型、算法或程序模块集成于一套系统中，成为设计师的实用工具，更没有在高水平的硬件与软件平台上形成一套先进、实用、高效的起落架专业CAD/CAE软件系统，因而我国型号研制基本上仍是完全采用传统模式，费时、费力、耗资。国内起落架的研究软件主要有南京航空航天大学和西北工业大学共同开发的起落架设计分析软件系统LCAE，功能比较强大，能进行结构布局设计、起落架机构运动分析或应力分析、有限元总体应力分析、变形及载荷分析、缓冲性能分析、损伤绒线分析、及破坏危险性分析。可以实现图形及文本的前处理功能、后处理功能、分析程序的过程处理功能。另外还有南京理工大学和沈阳飞机研究所的起落架设计专家系统ALGDES5，它能进行结构布局设计和强度分析、系统空间位置造型仿真机干涉分析，它建立了起落架设计的知识表示形式和组织形式，即专家系统。北京航空航天大学和西北工业大学都做过起落架防滑刹车系统的机械装置和仿真软件。有人研究了飞机接地时所受到的加速度的计算方法6，介绍了最大过载对飞行、起落架和气动力参数的敏感性。从国外文献上来看，有的从动能的角度研究了起落架摆振，还有的对在各种条件下的起落架性能进行了仿真，主要是在载荷及变形方面给予仿真。在起落架行业，国外在大力开展起落架理论与专题研究的基础上，发展和推广应用起落架现代设计技术。在与现代设计技术密切相关的起落架专业理论研究方面，国外从六十年代开始，己做了大量专题研究工作1011。如DAUTI等公司从六、七十年代起对起落架结构进行了大量实验与理论研究，在此基础上形成了一套行之有效的规范和方法。美国国家研究委员会(NRC)、朗利(Langly)研究所在七、八十代就已把有限元、模态分析技术、多体动力学和主动控制技术引入起落架问题研制中，提出了一系列新理论与分析方法。在可靠性方面，美、英、德等国的主要起落架生产厂商已分别拥有了自己的起落架可靠性设计体系，并应用于产品研制、生产中。这些起落架专题研究提供的先进理论成果，为国外起落架现代设计技术的开发与应用提供了专业理论支撑。在综合运用起落架先进理论研究成果与一般现代设计技术研究成果的基础上，国外早己开发出了一整套成熟的起落架现代设计技术及相应的起落架专业CAD/CAE一体化软件工具，并已推广应用于起落架产品研制中，取得巨大效益。德国航空宇航研究院在研制起落架中就开发与运用了起落架动态仿真与优化CAD/CAE集成软件系统SIMPACK。在研制的初步阶段，根据起落架的设计要求，由起落架的模型库滑跑、刹车、牵引、转弯等方面的动态力学数学模型，用计算机精确地模拟起落架的上述性能(以往都是大量的试验来确定研制中的起落架的性能)，然后再对一些主要部件进行最优设计。由于开发与应用了起落架现代设计技术，研制样品的费用与周期大为降低。意大利DAUTI公司70年代就已建立了起落架CAD/CAE系统，并应用于各种起落架产品研制中。从检索到的文献来看，在起落架仿真方面的研究主要都是集中在某一个机构或部件上的。比如缓冲器的缓冲性能分析、滑落摆振分析、防滑刹车的研究，但是在起落架一体化的运动特性仿真研究中，各个分布质量所受到的力、速度、加速度的大小等等动力学特性仿真研究却涉及的很少，而这些也是起落架整体特性的关键。有的虽然在起落架一体化仿真方面做过研究，但都仅限于结构布局设计，机构运动分析。1.3本文研究内容本文的研究目的是通过现代CAD/CAE 技术，建立一个适用于大型飞机起落架收放运动的运动学与动力学模型和虚拟样机；并利用LMS仿真软件对其进行运动学和动力学仿真分析。其主要内容有：1.总结了起落架的各种结构形式及收放方式，针对A320飞机起落架的收放机构进行了功能原理和收放运动分析。2.应用CATIA建立了A320飞机起落架的零部件的三维模型，并进行了装配，完成了该飞机起落架的数字样机模型.3.以虚拟样机技术的相关理论和功能虚拟样机的实现过程为基础，结合多体运动学和多体动力学基本理论，运用LMS软件的Motion模块对该飞机的起落架进行了运动学仿真和动力学仿真，并针对仿真结果进行了相应分析。4.应用CATIA建立了A320飞机全机的三维模型，结合已经建好的起落架模型，利用LMS软件实现A320飞机滑跑过程的仿真。5.总结本文的工作，并提出进一步研究的方向。第二章 可收放起落架及其运动分析2.1起落架结构形式简介起落架的结构形式一般有以下几种：有尾部旋转支点的后二点起落架，其主要载荷位于飞机重心前面的两个主轮上；有前旋转支点的前二点起落架，其主要载荷位于飞机重心后面的两个主轮上；左右翼尖下有护翼轮的自行车式起落架，在飞机对称面内重心前后各有一副主起落架。有尾轮的后三点起落架，在螺旋桨飞机上易于配置，便于利用气动阻力使飞机着陆减速，构造简单、重量较轻，其主要缺点是飞机在地面滑跑的稳定性较差，如果操纵不当飞机容易打转1。此外，要求飞机三点接地着陆时，操纵比较困难。有前轮的前三点起落架，飞机纵轴线接近水平位置，驾驶员视界好，滑跑阻力小，起飞加速快。此外地面运动的方向稳定性好，滑行中即使重刹车也不容易翻转和倒立，着陆时两主轮先接地也易于操纵，其主要缺点是容易发生前轮摆振。自行车式起落架主要依靠两个主起落架承载和滑行，辅助用的护翼轮可以使飞机在停放时保持稳定。此种形式的起落架是为了解决机翼厚弦比不断减小，尺寸较大的主起落架难于收入机翼内这一困难而发展起来的，由于前面主轮承载较大，起飞离地比较困难。起落架是飞机的起飞着陆装置，主要用于飞机的起飞、着陆、地面滑跑和地面停放。飞机在起飞滑跑、着陆接地和地面运动时会相对于地面产生不同程度的撞击，起落架应能承受并减缓这种撞击，从而减轻飞机受载。起落架还应使飞机在地面运动时具有良好的操纵性和稳定性。为了降低飞机在飞行时的阻力，起落架通常是可折叠收放的。起落架的基本功能可归纳如下：（1)支撑飞机机体，使之便于停放和运动。（2)通过缓冲器吸收撞击能量。（3)通过机轮刹车装置吸收水平方向能量。（4)通过转弯操纵机构或者差动刹车控制飞机转弯和地面运动。（5)减缓飞机滑跑时由于跑道不平导致的振动。（6)为地面操纵(牵引、顶吊)提供附件。其它功能有：通过起落架测量飞机重量与重心，对飞机装载量提供目测指示，通过折叠收放减低气动阻力，在起落架支柱上安装着陆灯，为驾驶员提供收放信号，为舱门机构提供连接凸耳等。总之，起落架的作用是在飞机着陆运动状态时吸收着陆能量、减缓滑行振动以便使乘员不感到不适。起落架减震系统可减少飞机着陆时和在跑道上滑行时机轮所承受的冲击载荷和颠簸载荷。这个系统包括起落架的缓冲器和机轮轮胎。缓冲器可以是油液的、气体的、橡皮的或弹簧的。现在广泛采用的缓冲器是油气式的，因为它能保证冲击能充分的变换成热能，而且还具有结构紧凑和使用可靠的特点。根据多年的使用经验，不论起落架是属于哪种形式，可对缓冲器提出下列要求:（1）使作用于飞机结构组件上的载荷降低到最小值，正行程(工作行程)时要使冲击能变换成热能。（2）在正行程终点之前达到最大值的时候，载荷要均匀平稳的增加。（3）缓冲器的反行程的时间要短。应当记住，缓冲器所吸收的能量积蓄成压缩介质的能量时，在卸载之后，会使缓冲器迅速地松开。在这种情况下，起落架元件承受着附加载荷，它对飞机结构是有影响的。因此为减少这些载荷，应使缓冲器所承受的大部分能量能够变换成热，且要被消散掉。2.2起落架收放方式飞行速度大十250km/h时的飞机在飞行中起落架要收起，这样可以大大降低飞机的迎风阻力，改善气动性能以及飞行性能。可收放起落架尽管增加了重量，使飞机的结构设计和使用复杂化了，但提高了飞行时的总效率。起落架的收放运动方式和起落架本身及其收放结构越简单，机翼、机身和起落架舱的承力型式也越简单，起落架要求的收放空间就越小，收放起落架就能得到更多的效益。2.2.1.主起落架收放方式当主起落架固定在机翼上时，它可以沿展向或弦向收放。沿展向收起有以下几种方式78：(1)机轮往机身方向运动，这种方式常用于机翼根部结构高度可以容纳机轮的情况。(2)机轮远离机身方向运动，这种方式适合小机轮起落架。当处于收上位置时，质量外移，使飞机的机动性能变坏。这种方式的收放机构也比其他方式要复杂，因此较少使用。(3)机轮往机身方向运动并将机轮收入机身中，这种方式多用于下单翼飞机，更适合于带小车式的主起落架的收放。(4)机轮往机身方向运动，将机轮收入机身中并使机轮转向，这种方式用在高速薄机翼飞机上，因为机轮放不进机翼中。由于带了机轮转向机构，其结构较为复杂。沿弦向方向收起方式有两种:机轮向后运动和机轮向前运动。2.2.2前、后起落架收放方式前、后起落架支柱通过机轮的向前和向后运动收入机身中，后支柱经常向后运动收入机身尾部整流罩中。在选择前起落架支柱收放方向时除了要考虑总体布局外，还必须考虑尽量减小飞机重心位置改变的要求。2.3 A320飞机起落架分析2.3.1 A320飞机起落架概述空客A320起落架，该起落架为常规前三点可收放式，由一个前起落架和两个主起落架组成。起落架可起降60000次。生命周期的耐久性设计参照于FAR和JAR(不考虑损伤容限)，主起落架的检修相隔时间是20000次着陆或者10年。起落架的操控由传感器和两套独立的起落架控制单元电脑(LGCIU)电传操纵。前起落架装有油液氮气式缓冲支柱和一对机轮。机轮为双轮连锁形式。为了改善飞机滑行时的灵活性，前起落架机轮是可操纵的。当起落架离开地面时，机轮在纠偏机构的作用下回到中立位置。每个主起落架装有油液氮气式缓冲支柱和一对机轮，其中每个机轮有一个液压刹车装置。前、主起落架的正常收放用液压系统进行，在飞行中均收到机身内。如图2-1。图 2-1 A320飞机起落架总体布局外形空客A320飞机飞机起落架具有如下特点：（1）常规前三点式起落架，直接作用式油气缓冲器。（2）主起落架侧向收起，前起落架前向收起。（3）两套起落架交互式控制单元（LGCIU）的电传操纵。（4）具有自由放下液压驱动应急弹下两种模式。（5）对起落架的回收释放进行交互式使用。（6）一套LGCIU系统失灵，另一套系统可切换控制。（7）在速度高于260节时通过液压来自动使起落架降压以防止变速杆卡在中性位置。（8）利用新型探测器来代替微型开关来进行位置传感。左右轮距：7.59m，如图2-2。图2-2 主起落架左右轮距前后轮距：11.04m，如图2-3。图2-3 A320飞机前后轮距A320飞机起落架系统包括：(1)两个主起落架和它们相应的舱门。(2)一个前起落架和它相应的舱门。(3)两个与起落架和它们的舱门相对应的收放系统。(4)起落架机轮和它们相应的刹车系统。(5)一个前起落架转向系统。(6)一个指示和警告系统。飞机在地面上时由起落架支撑，由减震器吸收飞机的着陆和滑行相关载荷。在飞行过程中，起落架收入飞机腹部的起落架舱内。当起落架放下或者收入的时候其相关的舱门会关上以便使飞机保持较好的气动外形。A.主起落架和舱门主起落架的主作动筒由高强度钢(300M)锻造而成，侧撑杆和连杆锁的材质是轻铝(7010)，轮轴直接与拉杆相连，整体材料为300M，作防腐蚀处理。由两部分组成的侧撑杆使主起落架保持在放下的位置。连杆锁使侧撑杆稳定在下位锁的位置。每个主起落架包含一个装有减震器的主起落架支柱支柱内装有油气式减震器，采用双缸独立活塞，两个动态密封器(一个备用)安装在主作动筒下方,缓冲液用的是MIL-H5606-B(空气3520)。一个缓冲器安装在扭矩杆中间，以减缓与吸收横向振动。起落架收入起落架舱内的可用空间。三个舱门关闭各自的主起落架舱空间（图2-4）。包括：(1)一个液压操纵的主门。(2)一个机械操纵的铰接门。(3)一个主起落架支柱上的整流罩。图2-4 主起落架及舱门B.前起落架和舱门前起落架主作动筒和侧支柱上部的材质是轻铝(7010)，侧支柱下部和减震器使用的是高强度钢(300M)。轮轴直接与拉杆相连，整体材料为300M，防腐蚀处理。侧支柱和一个锁支柱将起落架支柱固定在放下的位置。支柱内装有单腔油气式减震器，没有油氮分离活塞。减摆缓冲器由液压单独驱动，同时该液压作动器提供前轮转向时的驱动力，是起落架支柱内液压转向机构。前起落架向前收入机身的空间内。四个舱门和一个整流罩封闭前起落架舱空间（图2-5）。包括：(1)两个液压操纵的前门。(2)两个机械操纵的后门。(3)一个固定在前起落架上的整流罩。图2-5 前起落架及舱门C.转向系统转向系统由刹车/转弯控制组件控制。当飞机在地面移动时，通过转向系统改变移动方向。转向系统使用液压操纵改变前起落架机轮方向的转向机构。此外，A320飞机起落架系统还包括收放系统、刹车机轮系统以及指示和报警系统。2.3.2 A320飞机起落架收放运动分析A.主起落架收放运动：在起飞过程中主起落架上的载荷逐渐减少。飞机起飞过程中，减震器会逐渐伸长，使得支柱轴向的长度增加。这使飞机在起飞过程中以大迎角滑行。当起落架要向上收起的时候，液压操纵门会打开，以便起落架收入起落架舱。下位锁作动筒将锁支柱解锁，主起落架作动筒将主起落架收入起落架舱。在起落架收回过程中，刹车/转向控制组件会自动地进行短时间的刹车,这样可以阻止刹车机轮在收入起落架舱前的旋转。在主起落架锁入主起落架舱之后，液压操纵门会关闭。当起落架要放下的的时候，液压操纵门会先打开。收回的作动筒会伸展使起落架支柱放下伸出。侧边支柱和锁支柱会移到正中位置上面使起落架在放下位置锁住。在起落架放下之后门会关上。起落架放下之后减震器吸收着陆载荷。如图2-6所示：图2-6主起落架收放示意图B.前起落架收放运动：当起飞时前起落架机轮离开地面，减震器会伸长。支柱内的凸轮会确保机轮在正中位置。当减震器完全伸长，刹车/转向控制组件会防止转向机构的转向输出。当起落架要向上收起时，液压操纵门会先打开。前起落架下位锁作动筒使锁支柱解锁。前起落架收回的时候阻力撑杆会折叠起来。当起落架支柱收回的时候，支柱上的轴联器会切断转向系统的液压源。当前起落架进入起落架舱的时候，反旋制动阀会阻止机轮的旋转。在起落架在舱内锁住后，液压操纵门会关上。如图2-7所示：如图2-7 前起落架收放示意图2.4小结本章首先总结了起落架的各种结构形式，分别概括了主起落架和前起落架的收放方式。然后具体介绍了A320飞机起落架的组成，并针对A320飞机起落架的收放机构进行了功能原理和运动分析。第三章 起落架数字样机的建立3.1数字样机技术当今新产品更新换代迅速，新产品研制周期大幅度缩短，各种新产品开发技术应运而生。信息技术和领域知识相结合的数字样机(Digital Mock upDMU)开发支持技术在产品创新设计中的大量应用，推动了全球制造业和新产品开发技术的迅速发展。数字样机技术是建立在采用信息技术完成产品整个开发过程基础之上的一套综合技术。工程师完全在计算机上建立数字化产品模型，从工业设计开始到产品工程化设计、工艺工装设计的全过程，采用三维数学模型进行产品的设计、评估、修改和完善，并采用数字样机尽可能多地来代替原来的实物样机试验，在数字状态下仿真计算，然后再对原设计重新进行组合或者改进。因此，这样常常只需要制作一次最终的实物样机，就可使新产品开发获得一次成功12。数字样机技术的技术构成特点主要包括以下几个方面：1.三维CAD建模技术进行虚拟产品开发首先要用几何形体来描述零部件的结构特征和装配关系，这就是三维CAD建模，也称数字样机的几何表达。在数字样机几何表达的过程中，不仅要关心零部件几何形体表示的最终结果，还要关心几何建模的过程和三维数据的存储结构。数字样机的几何表达是一个基于产品层次结构的树状关系模型，它描述整个产品的装配信息、功能信息、运动关系信息、配合关系信息及产品中各零部件的设计参数、工程语义约束。2.数字样机的数字仿真分析技术仿真分析有广义和狭义之分。广义的分析包括产品的运动学、静力学、动力学、热力学、流体力学、声学及电磁场等多物理场偶合方面的仿真分析，并用试验结果加以验证。狭义的仿真分析简单的指对主模型进行运动学、静力学分析、干涉检查、装配过程分析、机构运动仿真等；狭义的仿真分析用一般的三维CAD系统就能实现，广义的仿真分析则必须采用与CAD系统独立的CAE系统来完成。3.数字样机的设计过程数据管理在数字样机设计过程中，人们更关注产品及零部件的设计流程。这一过程在CAD系统中通过设计历史树来实现，历史树记录每一步设计的过程，设计过程与生成的三维数据储存结构相结合，形成专门的数据生成管理系统(DCS)。4.可视化协同设计随着各零部件三维模型的生成，装配模型的规模会迅速增大，以至于给计算机的性能提出更高的要求。为了减轻大型复杂产品的装配设计对硬件的压力，数字样机技术就采用一种支持大装配的可视化协同设计技术，即将分布在异地的零部件3D数据，通过“剥皮”技术将零部件表面的几何信息提取用于装配设计，可压缩原来的3D数据，同时它还能基本保证3D数据的不失真。本文中将使用CATIA V5 R18进行起落架的零件建模与装配。3.2 CATIA V5简介CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽