地面載荷

飛機地面載荷

飛機外載

在飛機使用和運輸過程中，飛機結構上受到各種載荷的作用。飛行器的外載荷是指飛行器在空中和地面運行、起飛、著陸以及運輸和裝卸過程中，機體結構所承受的外力的總稱。外載荷的大小取決於飛機的類型、飛行性能、外形的氣動特性、飛機質量、起落特性等。為了保證飛機在使用過程中能夠承受安全可靠的工作，在設計飛機的時候必須正確的確定飛機外載荷。

飛機的地面載荷包括飛機在滑跑、起飛降落過程中由地面提供給飛機的支持力，以及飛機事故時的不正常衝擊載荷。

飛機著陸撞擊載荷

飛機在著陸前具有一定速度下沉，接地後在其下沉速度逐漸減小直至為0，飛機著陸時大質量的機體在垂直方向上迅速的減速會導致極大的慣性力，慣性力是由飛機的地面載荷來平衡的，地面載荷最後通過起落架傳遞給機身，由此可以分析得到，在飛機著陸過程中，由於飛機在垂直方向的減速會使飛機起落架會受到巨大的衝擊作用力。

飛機起落架減震系統在衝擊力的作用下會被壓縮，這個過程中衝擊能量通過油液與油孔的摩擦阻尼而轉化為熱能消散，消散的能量與緩衝器一個壓縮行程作的功有關。

多輪多支柱飛機地面載荷

多輪多支柱起落架在著陸時所受地面載荷包括起落架輪胎受到的垂直反作用力、輪胎的滾動摩擦力、飛機的迎面阻力、輪胎側向力以及飛機轉彎法向和切向慣性力，有時還包括與飛機旋轉方向相反的空氣阻尼力矩。飛機起落架滑行載荷包括飛機滑跑時，由於跑道不平度引起的顛簸以及滑行操縱時(包括轉彎，剎車等情況)引起的水平重複載荷。

同時，已開發國家對於多輪多支柱地面載荷的研究開展的也比較早，並取得了一系列的成果。最著名的研究就是:在50年代末，由美國空軍和道格拉斯公司發起，美國幾家最大的航空公司共同參與的題為一一在半鋪砌道面上運行的多輪多支柱起落架飛機的地面載荷分析的研究。該研究以C-SA大型運輸機為模型，分析了該飛機半鋪砌道面上著陸、滑跑及地面機動過程中，飛機載荷在各個起落架上的分布關係，並利用當時最先進的電子設備一一SC4020計算機記錄儀實時記錄了分析結果。隨後，美國波音公司又進行了類似的研究，波音公司的研究則是以波音747飛機為模型，分析了該機型在著陸和滑跑過程中的動態載荷回響。

目前，國內的研究機構對起落架的地面載荷研究則以起落架的落震模型，全機對稱著陸、滑跑模型為主。當然，也對飛機在非對稱著陸和滑跑過程中的載荷也進行了分析，不過這些研究還僅限於普通的前三點式飛機。因而，我國對於多輪多支柱飛機起落架的地面載荷的分析和研究仍處於起步階段。而我國當前的國情是:一是軍隊裝備的以伊爾76飛機為代表的大型運輸機數量在不斷增加，二是對於該類飛機地面載荷的研究並未真正開始，三是外國在該方面的對中國實行技術資料封鎖。這就迫切要求我們迅速開展該類起落架飛機的地面載荷研究，以便為將來的大型運輸機的設計工作提供技術上的支持。

虛擬樣機技術在地面載荷中的套用

虛擬樣機技術是20世紀80年代隨著計算機技術的發展在機械工程領域興起的一種以CAD/CAE為支撐的機械系統動力學仿真技術.虛擬樣機技術可以貫穿于飛機研製的全過程，其中虛擬樣機技術在飛機設計初期階段中的一個重要套用就是飛機地面載荷計算。

在飛機地面載荷中著陸撞擊載荷由於作用時間短，強度大，因此對機體結構的損傷也最為嚴重。所以在飛機結構設計中，需要準確而有效地計算飛機著陸撞擊載荷。早期人們對飛機地面載荷的計算只能依靠簡化的數學模型分析和手工編制的程式來進行，往往費時費力，而且還需要建造產品的物理樣機進行驗證.為改善這一狀況，將AD-AMS的虛擬樣機技術套用到飛機地面載荷的計算分析中，利用仿真分析計算代替傳統的力學分析和編程計算，從而能快捷有效地計算和分析飛機地面載荷及其影響因素。

ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Me-chanical Systems)是美國MDI公司開發的一款虛擬樣機技術軟體，它採用多體系統動力學理論中的拉格朗日方法進行系統動力學分析。 AD-AMS / Aircraft是ADAMS的一個專門用於飛機系統建模及仿真的專業工具模組，在Aircraft環境下能夠建立全機系統及其子系統的虛擬樣機模型，並且利用虛擬樣機進行全機仿真或子系統仿真.

用戶首先在專家模式下建立Aircraft中模型各部件的模版，包括幾何拓撲結構以及部件間作用力；然後在標準模式下調用建立的部件模版以組成部件的子系統，最後將各部件子系統和仿真控制模版(test rigs)組裝為可直接用於仿真分析的仿真組件。Aircraft下的模型具有幾何形式簡單，高度參數化的優點。

對實測數據結果的要求

1，最低要求

(1)飛機重心處過載記錄，並給出雙參數計數，給出載荷幅值、均值聯合發生頻次表。

(2) 3個起落架各3個方向載荷紀錄，並分別進行雙參數計數，給出載荷幅值、均值聯合發生頻次表。

以上各測量值之間，不要求記錄相位關係。

2，滿意要求

給出重心處垂直過載累積頻率曲線和起落架垂直載荷累積頻率曲線的對比關係。統計資料表明：滑跑主頻率一般為3/4 Hz，最高2/4Hz。因此，對機翼一階頻率在7~8Hz以上的小型飛機，可將其視為剛體，上述對比可能得出明確相關關係。對於大型飛機，由子柔性影響，一般無此種相關關係，需要直接進行動力分析。

研究結論

（1）套用基於ADAMS的虛擬樣機技術進行飛機著陸撞擊地面載荷分析計算相對於傳統方法而言，確實顯得方便、快捷而且準確度高，同時還可以得到起落架著陸時的動畫顯示，真實地再現飛機起落架在飛機著陸時的工作狀態，有利於進行後續的起落架機構分析和改進。

（2）通過飛機著陸仿真對飛機著陸載荷的分析可知，飛機下沉速度、飛機重量以及飛機著陸姿態都對飛機著陸載荷有較大影響，特別地，剛性機身的計算載荷大於彈性機身的計算載荷。

（3）ADAMS虛擬樣機可以方便地用於飛機的滑跑分析，尤其是分析機身彈性對飛機起落架載荷的影響，可以大大簡化用戶的建模以及數學求解。使用戶從繁瑣的建模分析中解脫出來，而將注意力集中於起落架的結構設計和緩衝器參數最佳化上。

（4）通過飛機滑跑仿真分析可知，飛機滑跑速度和飛機重量對飛機的地面衝擊載荷有較大影響。具體而言：飛機滑跑速度越大、飛機越重，飛機的地面衝擊載荷就越大；飛機在轉向操作時，轉向角變化越快，飛機前起落架所受的橫向載荷也就越大；另外，與飛機著陸分析的結果一樣，剛性機身的計算載荷大於彈性機身的計算載荷。