某型飛機起落架靜強度分析研究

【摘? 要】起落架作為組成飛機的關鍵承力結構，主要承受飛機起飛降落和停放時的載荷，其強度直接關系到飛機的安全性能，因此，對起落架的強度進行研究具有十分重大的意義。本文以某型號飛機左側主起落架為研究對象，針對其靜力試驗相關要求，實施了起落架靜強度試驗，并基于MSC Patran/Nastran軟件對該起落架進行了有限元建模分析，將仿真數據與靜力試驗數據進行了對比，結果表明有限元仿真數據與試驗數據具有較好的一致性，可為后續主起落架靜強度分析提供經驗和借鑒。

【關鍵詞】起落架;靜強度試驗;有限元仿真

引言

近年來研究人員從試驗及仿真兩個方向對起落架結構進行了廣泛的研究。劉冰等在2010年對海鷗300飛機起落架進行了靜強度試驗方面的研究[1]，劉明等在2013年對某型號直升機主起落架進行了疲勞試驗的研究[2]，梅榮在2019年對某無人機起落架著陸緩沖性能進行了試驗驗證及優化的研究[3]。

本文的研究對象為某型號飛機左側主起落架，該起落架為金屬板簧結構，布置在機身中段左右兩側為對稱結構，主起落架基本結構如圖1所示，從上往下依次是橫梁、主起落架、輪軸和機輪。主起落架下端通過螺接的方式連接輪軸后與機輪相連，上端插入橫梁且中間墊有緩沖橡膠墊。

1.主起落架靜強度試驗

主起落架靜強度試驗主要由液壓加載控制系統、數據采集系統和試驗夾具等組成，試驗夾具為該主起落架專用工裝，試驗件采用倒裝的方式約束，輪軸和機輪采用假件代替，載荷作用點在機輪假件上，X向和Z向液壓作動缸通過鋼絲繩與P1加載點和P2加載點相連。

試驗過程中在P1加載點施加X向載荷2905N，在P2加載點施加Z向載荷9650N。使用應變片對主起落架指定位置進行應力測量，考慮到在根部約束處應力有最大值，因此在距離主起落架根部170mm的位置布置三個應變片，其中單片B在正中間位置，應變花A和C位于B的左右兩側30mm的位置。試驗測得數據見表1。

2.有限元仿真

在MSC Patran軟件中根據主起落架真實尺寸建立有限元模型。主起落架為帶有厚度的薄板結構，采用殼單元進行模擬，材料為60Si2Mn，彈性模量206000Mpa，泊松比0.3。主起落架經過熱處理淬火后，極限拉伸強度控制在1600Mpa左右（強度過大會造成結構韌性差易脆斷）。在距離主起落架根部157mm的位置建立彈簧單元，僅放開Z向位移，模擬裝機狀態下主起落架與橫梁之間的橡膠墊。在輪軸中心與主起落架端部的螺栓孔之間建立MPC（Multi-point constraints）多點約束，并在MPC作用點施加X向載荷2905N和Y向載荷9650N。在主起落架根部的兩個螺栓孔處建立MPC，約束六個自由度。模型的拓撲結構為Quad4，單元類型為2D Shell，單元數量為1985，采用SOL101求解器進行計算，應力云圖見圖2。應變片監測部位的應力及其與試驗數據誤差見表2。

3.結論

本文針對某型號飛機主起落架開展了靜強度試驗，測得了載荷峰值時應變花和單片的最大應力值。同時，采用有限元軟件對該主起落架進行了建模和仿真，并提取了應變片監測部位的應力。結果表明有限元仿真數據與試驗測得數據誤差在5%以內，證明了試驗方案的可行性及有限元模型的準確性，可為后續主起落架靜強度分析提供經驗與借鑒。

參考文獻：

[1]劉冰.海鷗300飛機起落架強度分析與試驗[D].南京航空航天大學，2010.

[2]劉明，鄧文，李清蓉.直升機主起落架疲勞試驗技術研究[C].直升機技術.2012.

[3]梅榮.某無人機起落架著陸緩沖性能優化及試驗驗證[D].南京航空航天大學，2019.

作者簡介：

胡翔（1992-），男，碩士生，助理工程師。主要研究方向為典型結構建模與分析技術研究。

（作者單位：中國特種飛行器研究所）