某型飞机起落架应急放气压能源容量设计及仿真分析_韩波.pdf

第43 卷第1期2023 年2 月飞机设计AICAFT DESIGNVol 43 No 1Feb2023收稿日期:2022 02 20;修订日期:2022 11 24作者简介:韩波(1978)，女，高级工程师引用格式:韩波，李云飞，范锐 某型飞机起落架应急放气压能源容量设计及仿真分析 J 飞机设计，2023，43(1):55 57 HAN Bo，LIYunfei，FAN ui Design and Simulation Analysis of Pneumatic Energy Capacity for Emergency Landing Gear elease of an Aircraft J Aircraft Design，2023，43(1):55 57文章编号:1673 4599(2023)01 0055 03doi:1019555/j cnki1673 4599202301011某型飞机起落架应急放气压能源容量设计及仿真分析韩波1，李云飞2，范锐1(1 沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳110035)(2 空军装备部驻沈阳地区第一军事代表室，辽宁 沈阳110850)摘要:为了完成飞机起落架应急放系统的设计，以某型飞机起落架应急放气压能源容量为研究对象，结合具体设计要求，完成飞机起落架应急放气压能源容量的初步设计。再结合 AMEsim 软件平台建立起落架应急放气动系统的仿真模型，对起落架应急放气压能源容量的设计参数及性能进行仿真分析。结果表明，起落架应急放气压能源容量满足设计要求，可以为飞机起落架应急放气压能源容量的设计提供一些经验和结论。关键词:飞机系统;起落架应急放;气压能源容量;仿真分析中图分类号:V233.91文献标识码:ADesign and Simulation Analysis of Pneumatic Energy Capacity forEmergency Landing Gear elease of an AircraftHAN Bo1，LI Yunfei2，FAN ui1(1.Shenyang Aircraft Design esearch Institute，Shenyang110035，China)(2.No.1 Military epresentative Office of Equipment Department of PLA Air Forcein Shenyang，Shenyang110850，China)Abstract:In order to complete the design of emergency release system of aircraft landing gear，thepneumatic energy capacity for emergency landing gear release of a certain type of aircraft was takenas the research object，and the preliminary design of which was completed with specific design re-quirements Then the simulation model of the landing gear emergency release pneumatic system is es-tablished by AMEsim software platform，and its design parameters and performance are simulatedand analyzed The results show that pneumatic energy capacity for emergency landing gear releasemeets the design requirements The research work of this paper can provide some experience andconclusions for the design of pneumatic energy capacity of aircraft landing gear emergency releaseKey words:aircraft systems;emergency landing gear release;pneumatic energy capacity TIF;Simu-lation analysis起落架是飞机的起飞着陆装置，主要用于飞机的起飞、着陆、地面滑跑和地面停放。在飞机飞行达到一定速度时，起落架收起可以降低飞机的飞行气动阻力，从而达到所需求的气动性能和飞行性能。起落架的正常收放是飞机飞行性能和安全着陆的保证。为提高飞机的着陆安全，一般在飞机设计需求中都会规定，在起落架收放系统出现任何可能失效或单个液压源、电源或等效能源失效的情况下1，飞机应具有至少一种应急放起落架的方法，所以起落架应急放系统的存在对保障飞机安全意义重大。一般情况下，飞机起落架正常收放是由飞机液压能源驱动收放机构实现2，而应急放系统是由储能元件存储气压能、进而驱动收放机构实现。本文以某型飞机起落架应急放气动系统为基础，研究起落架应急放气压能源容量的设计、性能及仿真验证。1起落架应急放气动系统原理如图1 可知，应急放起落架系统主要包括能源部分、控制部分和执行部分3。图 1应急放起落架系统原理能源部分包括气瓶、充气活门和压力传感器，主要功能是为应急放起落架系统提供能源。控制部分包括应急放起落架手柄、气压电磁阀，主要是将应急放起落架的信号传递给执行机构。执行部分包括前起落架收放作动筒、前起落架左右舱门作动筒、主起落架收放作动筒、主起落架前后舱门作动筒及相应的机械锁及管路等，主要功能是完成应急放起落架及舱门的动作。应急放起落架时，通过应急放起落架手柄依次将信号传递给气压电磁阀，使气源的压力通过气压电磁阀接通压力线路及工作线路，从而按先放舱门、再放起落架的顺序完成应急放起落架的功能。2应急放气压能源容量的设计要求(1)应急放气压能源容量应能保证应急放起落架的时间符合要求。(2)应急放气压能源容量应能保证起落架及舱门的可靠放下4。(3)应急放气压能源容量应能保证应急放起落架及舱门后的余压可靠上锁。(4)应急放气压能源充气压力应能满足飞机包线内不同温度下实现应急放功能。3应急放气压能源容量计算3.1计算方法起落架应急放的工作原理是依靠气瓶中高压氮气的容积与压力的变化来实现放出舱门及起落架的功能。因此，气瓶容积的计算原则主要是针对充气容积与压力的关系进行。由气体状态方程可知，充气容积与压力之间的关系pVn=K(1)式中:p 为气体充气压力;V 为气体的体积;n 为多变指数，n=1 1.4，等温变化时，n=1，绝热变化时，n=1.4;K 为常数。3.2计算过程根据某型飞机实际情况计算得:应急放舱门执行机构的工作容积为 1.406 L;气源管路容积为0.036 L;应急放舱门工作系统线路上管路容积为0.416 L;起 落 架 舱 门 锁 筒 中 气 体 总 容 积 为0.257 L;应急放起落架执行机构的工作容积1.101 L;应急放起落架工作线路上管路容积为0.326 L;起落架上位锁锁筒中气体总容积为0.045 L。根据放出舱门后满足剩余压力不小于 7 MPa的设计要求，气瓶最小容积 VQ按下式计算，P0(VQ+V1)n=PM(VQ+V2+VM+V3)n(2)式中:P0为气瓶的充气压力，按最低充气压力17 MPa计算;PM为放出舱门后气瓶的剩余压力;VQ为气瓶最小容积;V1为气源管路中气体容积;V2为气源、舱门支路容积;VM为起落架舱门收放作动筒中气体容积;V3为起落架舱门锁筒总容积。计算得满足应急放出舱门后气源剩余压力不小于 7 MPa 的气瓶最小容积 VQ=2.27 L。根据应急放起落架后，满足剩余压力不小于65飞机设计第43 卷7 MPa的设计要求，气瓶最小容积 VQ按下公式计算，P0(VQ+V1)n=PJ(VQ+V2+V4+VM+V4+VJ+V5)n(3)式中:PJ为放出起落架后气瓶的剩余压力;V4为起落架工作支路气体容积;VJ为起落架收放作动筒中气体容积;V5为起落架上位锁锁筒总容积。计算得，满足应急放起落架后，气源剩余压力为不小于 7 MPa 的气瓶最小容积 VQ=3.94 L。由于在计算中按剩余压力要求的极限值计算，并且未考虑起落架及舱门放出机构的摩擦，气压电磁阀和管路的流阻特性，因此，应急放起落架气瓶的选取应留有一定的容积余量，因此选择 5 L气瓶作为该机型应急放起落架系统的能源。3.3剩余压力校核按能源部分气瓶容积 5 L、充气压力初选值17 MPa，利用式(2)、式(3)校核应急放起落架系统剩 余 压 力 得:应 急 放 舱 门 后 剩 余 压 力 为10.55 MPa，应 急 放 起 落 架 后 剩 余 压 力 为8.25 MPa，满足设计需求。4气压能源容量仿真分析4.1仿真模型建立本节对起落架应急放气压能源容量的计算结果进行仿真验证。AMESim 软件可以进行系统仿真模型图的建立、模型的选择、参数的设定、仿真和动态性能的分析。软件提供了一个完善、优越的仿真环境及最灵活的解决方案5 6。在建模过程中，需要依次完成草图模式、子模型模式、参数模式和运行模式 4 步7。用 AMESim 建立仿真模型见图 2，评估充气压力是否合理，收放时间、剩余压力是否满足指标要求。模型中简化了舱门和起落架位置锁模型，只考虑舱门和起落架位置锁的容腔特性。仿真模拟应急放时，起落架舱门和起落架收放作动筒的压力腔工作介质为氮气，被压腔工作介质为液压油。AMESim 标准模型库中没有一腔通气另一腔通液的作动筒模型，因此仿真模型中用 2 个结构尺寸参数相同的作动筒串联，1 个工作介质为气体，1 个工作介质为液压油，以此模型来模拟应急放的工作过程，并用限流活门来模拟液压电磁阀的流阻。仿真中按地面空载状态，空中进行应急放起落架和舱门时，气动载荷和起落架系统自重有利于起落架放出，因此按地面空载进行仿真比实际飞机状态更加保守。图 2应急放起落架系统仿真模型示意图 2 中:Cp为容腔;M 为质量块;P 为压力;A为工作线路。4.2仿真结果分析随着温度的变化，应急放气压能源的充气压力是不同的，按环境温度 0 时充气压力 21 MPa对应急放气压能源的充气压力随温度变化情况进行仿真，仿真结果见图 3。可以由此确定不同环境温度下气瓶充气压力值，最低充气压力满足计算时设定的 17 MPa。图 3充气压力随温度变化仿真结果应急放舱门及应急放起落架后，气压能源剩余压力仿真结果见图 4。仿真结果中应急放舱门后系统剩余压力为 11.2 MPa，应急放起落架后系统剩余压力为 9.6 MPa。仿真结果与计算结果符合性较好，仿真中的剩余压力比计算剩余压力稍高，主要由于计算按绝热过程进行，仿真并不是完全绝热过程。应急放起落架过程中时间与作动筒位移的关(下转第 67 页)75第1 期韩波等:某型飞机起落架应急放气压能源容量设计及仿真分析6 毛大恒，韩德夫，周亚军，等 2197 铝锂合金的化学铣切工艺J 机械工程材料，2011(5):77 797 尹茂生，廖广其，文庆杰，等 铝合金筒段化学铣切工艺研究J 材料保护，2005，38(8):24 258 付明，刘群 2A12 铝合金化学铣切加工工艺探讨J 材料保护，2018，51(7):100 1039 沈连桂 化学铣切 M 北京:国防工业出版社，1984 10李杰，张皓，崔丽，等 蒙皮卡板式铣切工装技术研究J 飞机设计，2020，40(2):72 75(上接第 57 页)系见图 5，分别按不同的环境温度，工作介质温度进行了仿真。在飞机全包线、系统要求的不同工作温度范围内，均能满足应急放起落架时间的要求。图 4剩余压力仿真结果图 5应急放起落架时间与位移关系仿真结果5结论本文在进行仿真