飞机前起落架摆振仿真分析与参数优化

摘要

在对飞机前起落架系统的设计中经常要考虑到一个重要的问题，即飞机前起落架在落地滑跑时出现的摆振问题。由于此问题严重影响到飞机的着陆安全性能，对摆振问题的分析和研究遂成了飞机设计人员的一项重要任务。在过去很长一段时间内，国内外不少专家学者都对摆振问题展开了丰富和深入的研究。但其研究主要集中于在各种假设下对摆振进行定性的分析，而较少涉及利用工程软件定量的数值仿真计算。对工程设计而言，一个简单、友好且在给定的系统参数下能方便地进行摆振仿真计算的仿真模型往往更有意义。
　　由于在摆振过程中各类非线性项的影响较小且往往较难获得准确数值，同时考虑到建模与仿真的方便，线性化处理是合理的也是可取的。本文分别在采取线性化处理和不采取线性化处理两种情况下，同时考虑到结构柔性的影响，建立起飞机摆振运动微分方程组，并最终得到其标准形式。利用Matlab的中Simulink仿真建模工具，分别在结构刚性和结构柔性两种假设下建立起相应的仿真模型。参照模型客机的前起落架系统参数，进行仿真分析并对比仿真结果。结果对比主要关注对摆振有着重要影响的几个关键参数：落地滑跑速度、非线性因素、结构柔性、稳定距、减摆器阻尼、轮胎充气压力。考虑到减摆器阻尼对摆振有着重要影响，本文利用Matlab建立起优化算法的m脚本文件，调用已建立的Simulink模型来对此参数进行优化。选取减摆器阻尼作为优化变量，定义一个摆振收敛指标作为目标函数，通过迭代计算最终得到一个最优减摆器阻尼值。
　　本文所建立的摆振仿真和优化模型能够在给定的系统参数下快速地进行摆振仿真分析和优化，具有简单、友好、快速、可靠的特点，对涉及摆振问题的前起落架设计工作有一定的应用价值。

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注释表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究目标及内容

第二章 摆振数学模型的建立

2.1基准及坐标系

2.2轮胎基本假设

2.3结构基本假设

2.4摆振运动方程组的建立

第三章 基于Hyperworks的支柱及活塞杆刚度计算

3.1有限元法及Hyperworks简介

3.2支柱及活塞杆有限元模型的建立

3.3约束条件及载荷的建立

3.4有限元分析及结果后处理

第四章 基于Matlab的摆振稳定性分析及数值仿真

4.1 Matlab简介

4.2摆振运动方程组中各个参数矩阵的确定

4.3摆振稳定性分析

4.4建立Simulink仿真模型

4.5数值仿真及结果分析

第五章 前起落架减摆器阻尼参数优化

5.1 引言

5.2设计变量、目标函数及优化算法确定

5.3 优化结果

5.4 小结

第六章 摆振前处理及分析软件Shimmy Analysis的研制

6.1 VB.NET2008简介

6.2软件系统概述及界面设计

6.3在具体工程案例中的应用

6.4 小结

第七章 总结与展望

7.1 本文研究内容总结

7.2 对今后研究工作的展望

参考文献

致谢

在校期间研究成果及发表学术论文