飛機應急放性能仿真分析

張恒康++楊尚新

摘 要：文章根據適航條款對起落架應急放功能的要求，研究了起落架應急放機理，分析了起落架運動過程中載荷變化，建立了某機型民用飛機艙門聯動式前起落架動力學仿真模型，模擬仿真起落架應急放過程，從起落架支柱合力矩曲線判別起落架應急放功能是否失效。推算不同飛行速度對應急放功能的影響，為制定起落架應急放操作速度要求提供依據。

關鍵詞：起落架；收放機構；應急放；動力學分析

1 概述

起落架是飛機重要部件，起落架的正常收放是飛機安全著陸的保證。起落架正常收放由飛機液壓能源驅動收放機構實現。由于起落架結構受載嚴重，控制系統復雜，起落架也是飛機故障高發部件。據美國國家運輸安全委員會統計，十年間，各類飛機因起落架系統故障引起的不正常飛行事件占不正常飛行事件總數的15%[1，2]，其中因起落架收放系統故障引發的事故就占到23%。收集1990年至今國際民用航空由起落架不能放下導致的飛行事故共60起，通過查閱世界民航安全數據庫等資料，可以大概得到起落架不能放下的原因有：飛行員操作失誤；機械故障；維修不當；液壓系統故障等。其中由飛行員操作失誤引起的共7起，由機械故障引起的共21起，由維修不當引起的共2起，由液壓系統故障引起的共4起，不明原因的28起，見圖1。

本文分析了應急放過程中起落架所受載荷，計算不同空速下的起落架應急放受力，提出了制定應急放操作速度要求的方法。

2 應急放運動機理分析

從運輸類飛機適航標準中可知，在執行應急放操作的前提是正常收放過程中的液壓源，電源或等效能源失效，一般情況即造成起落架收放作動筒失去液壓動力以及開鎖作動筒失去開鎖動力。此時，駕駛員需通過拉動應急放手柄，通過機械開鎖裝置，打開起落架上位鎖。此時，起落架僅憑自身重力作用放下至上鎖狀態。

有較多的民用飛機前起落架采用艙門聯動式機構，即起落架收放的同時帶動前后艙門的開閉。這種方式的聯動機構控制系統簡單，可靠性高。

3 應急放載荷分析

由于液壓源失效，起落架失去主要動力源收放作動筒力，起落架在收放過程中的主要載荷為起落架及艙門自身重力，艙門氣動載荷，支柱氣動載荷，作動筒收放阻尼，下位鎖彈簧力，機構內部摩擦力。

起落架各部件的氣動阻力作用在壓心上，且指向氣流流向[1]。

式中：Fa，d■為起落架第i個部件上的氣動阻力，V為氣流速度，Cx為部件的阻力系數[3]起落架第i個部件在垂直于氣流平面上的投影面積。

支柱上的氣動阻力為有助于起落架放下，而起落架收起時則相反，支柱氣動力矩滿足：

M=-？撞Fa，d■Li

式中：M為氣動阻力的力矩；Li為第i個部件上氣動阻力的作用力臂。

下位鎖彈簧是用于保持起落架下位鎖連桿過中心后維持上鎖狀態，鎖彈簧始終處與拉伸狀態，F_ls=k×（l-l0），式中：k為鎖彈簧剛度系數；l0為彈簧的原長；l為彈簧的時時長度。

4 動力學仿真分析

通過多提動力學仿真軟件Adams，建立起落架動力學模型，如圖2所示。

將起落架支柱作為分析主體，計算各個載荷對起落架支柱轉矩，起落架支柱受到合轉矩如下所示[4]：

M合=Mspring+Mg+Mflu+Mair （1）

若整個應急放過程中支柱所受合力矩均大于0，則合力始終促使起落架放下上鎖，反之，若在應急放過程中，支柱所受合力矩小于0則起落架則有可能停在合力矩為0處，出現應急放故障。

對各載荷力矩求和，求出支柱轉矩合轉矩，如圖3所示。

從圖3中可以看出，起落架最小合力矩發生在起落架接近放下上鎖位置。

不同飛行速度下起落架應急放合力矩。如圖4所示

從圖4可以看出，當空速在180節-270節范圍內時，支柱合力矩均大于0，起落架應急放功能正常。當飛行速度為340節時，起落架合力矩小于等于0，應急放功能存在失效風險。因此，該機型的最大應急放速度應小于340節。

5 結束語

綜上所述，民用飛機的起落架應具備僅在自身重力與氣動力情況下能夠實現放下上鎖的應急放功能。通過仿真計算分析，最有可能發生應急放故障的位置為起落架接近放下狀態，而阻礙作用力為艙門氣動力。不同飛行空速引起的氣動載荷變化影響起落架應急放功能，當氣動載荷增大到在放下過程中合力矩小于0，則起落架無法放下上鎖，發生應急放故障良好的設計艙門機構，減小艙門氣動力轉化為支柱的轉矩能夠提升起落架應急放的空速范圍。在起落架設計時，通過分析手段，明確起落架應急放速度條件，是起落架安全設計的保證。

參考文獻

[1]陳琳.飛機起落架收放運動與動態性能仿真分析[D].南京：南京航空航天大學，2007.

[2]吉國明，董萌.某型飛機起落架收放機構性能仿真[J].2012，37（3）.

作者簡介：張恒康（1986-），男，浙江金華人，工程師，碩士研究生，研究方向為民用飛機前起落架設計。