某型無(wú)人直升機(jī)起落架優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

王 磊 游小亮

（南京模擬技術(shù)研究所，江蘇 南京 210016）

0 引言

某型無(wú)人直升機(jī)結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)主要包含機(jī)體結(jié)構(gòu)、尾管總成和起落架等，其中起落架是直升機(jī)用于起飛、著陸和停放的專門裝置，其主要作用是吸收著陸時(shí)由于有垂直速度而帶有的能量，減少著陸撞擊引起的過(guò)載[1-2]。滑橇式起落架是無(wú)人直升機(jī)機(jī)身的固定結(jié)構(gòu)，除吸收著陸時(shí)的能量外，還可以作為無(wú)人直升機(jī)的任務(wù)載荷（如偵察設(shè)備）的固定支架和保護(hù)裝置。因此，無(wú)人直升機(jī)起落架的可靠性分析在無(wú)人直升機(jī)設(shè)計(jì)中起著十分重要的作用。起落架在裝機(jī)前需要進(jìn)行強(qiáng)度仿真計(jì)算及試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)起落架是否滿足強(qiáng)度、行程、耗能效率等著陸設(shè)計(jì)要求[3-5]。

1 結(jié)構(gòu)組成

某型無(wú)人直升機(jī)采用常規(guī)金屬滑撬式起落架構(gòu)型，由前后弓形梁、左右滑撬、推輪支架、轉(zhuǎn)接座和橡膠連接組件組成，如圖1所示，它具備重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 起落架示意圖

2 載荷分析

2.1 極限重心位置

根據(jù)該型機(jī)總體布局方案可知，前重心狀態(tài)應(yīng)為空機(jī)狀態(tài)，而后重心狀態(tài)為滿油狀態(tài)。該型機(jī)極限重心位置如下：

（1）前重心狀態(tài)：重心距離前弓形梁146.25 mm，距離后弓形梁266.75 mm。

（2）后重心狀態(tài)：重心距離前弓形梁173.25 mm，距離后弓形梁239.75 mm。

2.2 載荷工況

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裁剪，起落架分系統(tǒng)需要校核的13個(gè)工況包括：垂直水平著陸（前重心）、垂直水平著陸（后重心）、前飛速度著陸（前重心）、前飛速度著陸（后重心）、側(cè)移著陸（前重心側(cè)向力向內(nèi)）、側(cè)移著陸（前重心側(cè)向力向外）、側(cè)移著陸（后重心側(cè)向力向內(nèi)）、側(cè)移著陸（后重心側(cè)向力向外）、單橇著陸（前重心）、單橇著陸（后重心）、撬前受載、撬中受載和轉(zhuǎn)運(yùn)輪推運(yùn)。

2.3 落震仿真工況

落震模擬計(jì)算工況如下：機(jī)體105 kg，以2 m/s速度接觸地面，帶2/3G的升力，考慮地面摩擦，對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真，輸出過(guò)程中受力最嚴(yán)峻的時(shí)刻對(duì)應(yīng)的變形情況及應(yīng)力情況。分別計(jì)算前重心和后重心的情況，計(jì)算時(shí)考慮材料應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系的非線性。

2.4 載荷計(jì)算

以前飛速度著陸為例，起落架雙橇均分載荷，雙橇共承受垂向載荷為：

縱向載荷為：

前重心起落架前后弓形梁承受的載荷如圖2所示。

圖2 起落架受載示意圖（前重心）

后重心起落架前后弓形梁承受的載荷如圖3所示。

圖3 起落架受載示意圖（后重心）

起落架各工況下載荷計(jì)算值如表1所示。

表1 起落架各工況下載荷

3 強(qiáng)度分析

3.1 材料屬性

起落架各部件的材料如表2所示。

表2 材料性能參數(shù)

3.2 單元選擇

依據(jù)起落架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況，選擇殼單元模擬起落架梁結(jié)構(gòu)及滑橇結(jié)構(gòu)等。基于建模簡(jiǎn)化理論，進(jìn)行起落架結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格離散，應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行機(jī)身框架結(jié)構(gòu)的幾何簡(jiǎn)化和有限元網(wǎng)格劃分。

3.3 有限元模型及單元屬性

根據(jù)建模簡(jiǎn)化方案建立有限元模型，選擇殼單元（Shell181）進(jìn)行網(wǎng)格劃分，某型機(jī)起落架結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格模型如圖4所示。

圖4 起落架有限元模型

3.4 仿真結(jié)果

起落架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D如圖5所示（以工況1為例），各個(gè)工況下弓形梁、滑撬和耳片處的最大應(yīng)力如表3所示，落震仿真結(jié)果如表4所示。

表4 落震仿真結(jié)果

圖5 工況1整體應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D

表3 起落架靜力計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

起落架采用金屬材料加工成型，整體重量小；在極限強(qiáng)度下起落架安全系數(shù)大于1.2，符合關(guān)鍵部件的極限強(qiáng)度安全系數(shù)要求。該起落架不僅滿足著陸參數(shù)下的強(qiáng)度要求，而且滿足限制落震和儲(chǔ)備能量吸收落震試驗(yàn)要求。