劉勝利　劉小川　崔榮耀　劉沖沖

摘要：針對(duì)前起落架與飛機(jī)機(jī)體連接處局部剛度對(duì)起落架系統(tǒng)擺振穩(wěn)定性影響的問題，以前起落架為研究對(duì)象，建立了考慮起落架與機(jī)體連接處局部剛度影響的起落架擺振分析模型，并采用復(fù)特征值優(yōu)化法對(duì)擺振穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算與分析。最后，針對(duì)某輕型飛機(jī)前起落架，分析了機(jī)體連接處局部剛度對(duì)起落架系統(tǒng)擺振穩(wěn)定性的影響，并通過物理試驗(yàn)驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。研究表明：起落架與機(jī)體連接處局部剛度對(duì)起落架擺振穩(wěn)定性影響比較明顯；連接處局部剛度越小，系統(tǒng)所需臨界阻尼越大，系統(tǒng)越不穩(wěn)定；反之亦然；連接處局部剛度越小，系統(tǒng)擺振頻率越小，反之亦然。在防擺設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮起落架與機(jī)體連接處局部剛度與起落架側(cè)向剛度之間的匹配關(guān)系。

關(guān)鍵詞：擺振；起落架；穩(wěn)定性；局部剛度

引言

起落架在飛機(jī)起飛或著陸滑跑過程中起著非常重要的作用，是飛機(jī)的關(guān)鍵部件之一。飛機(jī)在地面滑跑過程中，有時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生一種以起落架支柱側(cè)向運(yùn)動(dòng)與機(jī)輪繞支柱扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互耦合的一種劇烈的自激振動(dòng)，而這種振動(dòng)稱為擺振，擺振是一種有害的振動(dòng)，嚴(yán)重危害飛機(jī)安全。中國多個(gè)飛機(jī)型號(hào)在使用中都遇到不同程度的擺振問題；美國的C-119，F(xiàn)7U-3，L-1011等飛機(jī)在研制與使用過程中也曾因擺振導(dǎo)致了前起落架失靈或者部件損壞事故。因此，針對(duì)擺振問題，國內(nèi)外許多專家已經(jīng)進(jìn)行了大量的富有成效的研究。例如：文獻(xiàn)研究了考慮起落架支柱彈性對(duì)起落架擺振穩(wěn)定性的影響；文獻(xiàn)從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面研究了機(jī)體柔性對(duì)起落架擺振穩(wěn)定性的影響；文獻(xiàn)研究了由于地面的不平順導(dǎo)致的從起落架傳遞到柔性機(jī)身的隨機(jī)振動(dòng)問題，機(jī)身反過來又會(huì)影響起落架的擺振穩(wěn)定性；文獻(xiàn)用描述函數(shù)法分析研究了起落架系統(tǒng)具有間隙、庫侖摩擦、速度平方阻尼等非線性因素時(shí)的擺振穩(wěn)定性問題。可以看出，在以往的擺振理論研究中，研究者考慮的因素主要分為三大類：（1）起落架：包括起落架支柱彈性、結(jié)構(gòu)問隙等；（2）飛機(jī)機(jī)體：包括剛性機(jī)體運(yùn)動(dòng)、機(jī)體振動(dòng)模態(tài)等；（3）外部激勵(lì)：跑道不平順等。

隨著中國航空產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，通用飛機(jī)及無人機(jī)等輕型飛機(jī)以其體積小、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前航空領(lǐng)域的一個(gè)熱門研究對(duì)象。然而，這類飛機(jī)相對(duì)一般飛機(jī)來說，起飛重量小、結(jié)構(gòu)系數(shù)低、空間有限，尤其是起落架一般直接連接在機(jī)體框段立板上，而立板剛度相對(duì)起落架來說，要弱得多。從而使得輕型飛機(jī)起落架擺振問題更加復(fù)雜，更加突出。

因此，本文在前人研究基礎(chǔ)上，建立了考慮起落架與機(jī)體連接處局部剛度影響的擺振穩(wěn)定性分析模型，并利用復(fù)特征值優(yōu)化法對(duì)某輕型飛機(jī)前起落架進(jìn)行了擺振穩(wěn)定性分析，對(duì)比了不同局部剛度對(duì)前起落架擺振穩(wěn)定性的影響。最后通過擺振試驗(yàn)驗(yàn)證了理論計(jì)算正確性。得出了一些對(duì)飛機(jī)防擺設(shè)計(jì)有益的結(jié)論。

1.輪胎力學(xué)模型

1.1輪胎力學(xué)特性

輪胎作為地面與飛機(jī)起落架之間載荷傳遞的媒介，它的力學(xué)特性對(duì)飛機(jī)起落架擺振穩(wěn)定性有著重要的影響，是影響飛機(jī)起落架擺振穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。本文采用經(jīng)典的smiley輪胎力學(xué)模型，如圖1所示。