采用橫搖式起落架直升機(jī)機(jī)體頻率影響因素分析

張若忱

（航空工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

在直升機(jī)的研制過(guò)程中，必須要對(duì)“地面共振”問(wèn)題加以分析。此現(xiàn)象在直升機(jī)機(jī)體頻率與旋翼擺振后退型頻率相近，且阻尼不足時(shí)就可能會(huì)出現(xiàn)，因此，在設(shè)計(jì)階段可能需要對(duì)機(jī)體頻率進(jìn)行調(diào)整，以避免“地面共振”出現(xiàn)。起落架對(duì)機(jī)體頻率有直接影響，而不同構(gòu)型的起落架，對(duì)于機(jī)體頻率的影響有所不同，所以研究起落架參數(shù)對(duì)于機(jī)體頻率的影響有重要的意義，能夠?yàn)榉治龊捅苊狻暗孛婀舱瘛眴?wèn)題提供依據(jù)。

目前，國(guó)內(nèi)的直升機(jī)大多采用縱搖式起落架或滑橇式起落架，但采用橫搖式起落架的型號(hào)極少。縱搖式起落架的搖臂繞側(cè)向轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)輪沿航向前后運(yùn)動(dòng)，而橫搖式起落架的搖臂繞航向轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)輪沿側(cè)向左右運(yùn)動(dòng)。兩種起落架由于自由度不同，所以機(jī)體模態(tài)也有所不同，因此對(duì)橫搖式起落架的研究是十分必要的。

本文使用Patran商用軟件建立機(jī)體的簡(jiǎn)化模型，之后在此模型的基礎(chǔ)上，研究部分參數(shù)對(duì)機(jī)體頻率的影響進(jìn)行分析。

1 建模

模型模擬采用后三點(diǎn)橫搖式起落架的直升機(jī)，起落架結(jié)構(gòu)如圖1所示，主起為航向視圖，尾起為側(cè)向視圖。主起搖臂只能繞航向轉(zhuǎn)動(dòng)，尾起為立柱式。

圖1 起落架結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)文獻(xiàn)，建立簡(jiǎn)化模型時(shí)，將機(jī)體簡(jiǎn)化為一個(gè)重心處的質(zhì)量點(diǎn)，該質(zhì)量點(diǎn)與起落架采用MPC連接，主起緩沖器采用彈簧單元模擬，搖臂采用梁?jiǎn)卧M，搖臂和緩沖器之間由MPC約束航向轉(zhuǎn)動(dòng)之外的自由度。尾起緩沖器采用彈簧單元，并用MPC約束垂向位移之外的自由度。機(jī)輪剛度由三個(gè)方向的彈簧單元模擬。建立的簡(jiǎn)化模型如圖2所示。

圖2 簡(jiǎn)化模型

2 影響因素分析

選取一個(gè)模型作為對(duì)比基準(zhǔn)，其參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基準(zhǔn)模型參數(shù)

基準(zhǔn)模型計(jì)算的機(jī)體頻率如下，其中，航向和側(cè)向模態(tài)指重心質(zhì)量點(diǎn)有航向或側(cè)向位移的模態(tài)。

表2 基準(zhǔn)模型機(jī)體模態(tài)頻率

下面在其他參數(shù)不變的情況下，計(jì)算單個(gè)參數(shù)變化后的機(jī)體頻率。

2.1 主起落架機(jī)輪側(cè)向跨度

通過(guò)將主起整體向內(nèi)或向外平移，改變主起機(jī)輪側(cè)向跨度，計(jì)算結(jié)果如下。由表3可見(jiàn)，側(cè)向一階模態(tài)頻率隨主起機(jī)輪側(cè)向跨度增大而提高，其他模態(tài)頻率變化不大。

表3 改變主起機(jī)輪側(cè)向跨度后的機(jī)體模態(tài)頻率

2.2 主起與重心航向距離

通過(guò)將主起整體沿航向平移，改變主起與重心航向距離，計(jì)算結(jié)果如下。由表4可見(jiàn)，隨著主起與重心航向距離增大，側(cè)向二階模態(tài)頻率提高，航向一階、航向三階模態(tài)略微提高，其他模態(tài)頻率變化不大。

表4 改變主起與重心航向距離后的機(jī)體模態(tài)頻率

2.3 尾起與重心航向距離

通過(guò)將尾起整體沿航向平移，改變尾起與重心航向距離，計(jì)算結(jié)果如下。由表5可見(jiàn)，隨著尾起與重心航向距離增大，航向一階、航向三階、側(cè)向二階、側(cè)向三階模態(tài)頻率均提高，其他兩個(gè)模態(tài)頻率變化不大。

表5 改變尾起與重心航向距離后的機(jī)體模態(tài)頻率

2.4 重心高度

通過(guò)將重心質(zhì)量點(diǎn)沿垂向平移，改變重心高度，計(jì)算結(jié)果如下。由表6可見(jiàn)，隨著重心高度增大，側(cè)向一階、航向一階模態(tài)頻率降低，航向三階、側(cè)向二階、側(cè)向三階頻率模態(tài)提高，航向二階模態(tài)頻率基本不變。

表6 改變重心高度后的機(jī)體模態(tài)頻率

2.5 主緩剛度

改變主起落架緩沖器剛度，計(jì)算結(jié)果如下。由表7可見(jiàn)，隨著主緩剛度增大，側(cè)向一階、航向二階模態(tài)頻率提高，其他模態(tài)頻率變化較小。

表7 改變主緩剛度后的機(jī)體模態(tài)頻率

2.6 尾緩剛度

改變尾起落架緩沖器剛度，計(jì)算結(jié)果如下。由表8可見(jiàn)，隨著尾緩剛度增大，航向一階模態(tài)頻率提高，航向二階和航向三階模態(tài)頻率略有提高，其他模態(tài)頻率變化較小。

表8 改變尾緩剛度后的機(jī)體模態(tài)頻率

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用橫搖式起落架的直升機(jī)，機(jī)體模態(tài)頻率影響如下，正相關(guān)表示參數(shù)越大，模態(tài)頻率越高，負(fù)相關(guān)則相反。表9可為采用橫搖式起落架直升機(jī)機(jī)體模態(tài)的調(diào)頻提供依據(jù)。

表9 機(jī)體模態(tài)影響因素

3 結(jié)語(yǔ)

橫搖式起落架的構(gòu)型新穎，但對(duì)地面共振的穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格的要求。本文給出了在“地面共振”分析時(shí)建立機(jī)體簡(jiǎn)化模型的方法，并針對(duì)主起落架機(jī)輪側(cè)向跨度、主起與重心航向距離、尾起與重心航向距離、重心高度、主緩剛度、尾緩剛度對(duì)機(jī)體頻率的影響進(jìn)行分析，為采用橫搖式起落架的直升機(jī)“地面共振”評(píng)估以及機(jī)體調(diào)頻提供依據(jù)。