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基于磁流变减震器的轻型起落架设计及其减震特性研究

作　者: 姜哲珠
导　师: 陶建国
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 轻型起落架磁流变减震器减震特性仿真分析
分类号: V226
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

空天飞机是一种新型空天飞行器。随着美国X-37B飞机的成功升空和着陆，其带来的经济和军事价值不言而喻。由于空天飞机体积小巧，着陆速度快，在着陆时起落架将受到较大的水平冲击力，对起落架系统的结构和减震缓冲性能要求具有特殊性，因此，开展适用于空天飞机的轻型起落架结构与减震缓冲性能的研究具有重要的理论意义和工程价值。能实现半主动控制方式的磁流变减震器具有良好的减震性能，并且摇臂式的起落架结构小巧，水平力也能使减震器压缩，因此，开展基于磁流变减震器、结构小巧的摇臂式起落架研究是非常必要的。在对起落架的结构型式、布局及收放形式分析的基础上，根据所设计的起落架的应用范围及减震要求，确定设计方案采用摇臂式结构、前三点式布局、以零位杆系保证起落架放下时几何不变性的收放形式。对起落架进行了计算分析，选取了轮胎规格，着重计算并确定了机轮的垂直行程和起落架的过载系数。根据已确定的起落架整体形式及过载系数等条件，设计了基于磁流变阻尼特性的起落架减震器部件。设定了减震器的最大行程及最大阻尼力，确定了减震器采用混合工作模式，并采用与气体弹簧相结合的单出杆结构型式，分析计算了气体弹簧的压强值和体积值，并推导出了磁流变阻尼力及减震器总阻尼力理论计算公式。运用ANSYS软件对多种减震器结构进行了电磁学分析，确定了减震器结构方案，并得到了减震器受活塞与外筒之间间隙影响的磁场强度与电流的特性关系，确定了减震器的Bingham力学模型及其参数。应用虚拟样机技术对起落架系统进行了仿真建模，在ADAMS软件中定义了起落架各构件间的相互运动关系，减震器的气体弹簧力和磁流变阻尼力，以及用于仿真控制的输入输出变量，得到了用于联合仿真的文件。基于模糊控制原理，利用MATLAB/Simulink中的模糊逻辑工具箱，设计了适用于磁流变减震器的模糊控制器，并制定了起落架总体减震控制策略。参照起落架力学试验相关规定，运用ADAMS与MATLAB联合仿真技术，对起落架整体进行了不同条件下的落震仿真，根据仿真结果分析了影响起落架减震器性能的因素，获得了减震器的功量关系。仿真结果表明该起落架性能满足设计要求。对起落架的收上和放下过程进行了运动仿真分析，得到了机轮在起落架收放过程中的运动轨迹和起落架的转角值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景及研究目的  10-11
  1.2 国内外起落架相关研究现状  11-17
    1.2.1 起落架机构研究现状  11-14
    1.2.2 起落架减震控制方式研究现状  14-15
    1.2.3 起落架用磁流变减震器研究现状  15-17
  1.3 课题主要研究内容  17-19
第2章起落架方案设计及计算分析  19-32
  2.1 起落架总体方案的确定  19-23
    2.1.1 结构型式的选择  20
    2.1.2 布置形式的选择  20-21
    2.1.3 轮胎数量的确定  21
    2.1.4 收放机构设计  21-23
    2.1.5 起落架结构材料  23
  2.2 起落架方案设计及工程定义  23-27
    2.2.1 起落架站位的确定  24-25
    2.2.2 轮胎载荷的计算及选取  25-26
    2.2.3 主机轮垂直行程的确定  26-27
  2.3 起落架载荷计算  27-29
    2.3.1 着陆静载荷计算  28
    2.3.2 起落架过载系数的确定  28-29
    2.3.3 对称着陆载荷计算  29
  2.4 减震器受力分析  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章磁流变减震器设计及其电磁学分析  32-49
  3.1 磁流变液简介  32-36
    3.1.1 MRF工作机理  32-33
    3.1.2 MRF本构关系  33
    3.1.3 磁流变液阻尼器工作模式  33-36
  3.2 磁流变减震器设计  36-43
    3.2.1 MRF的选择及其特性  36-37
    3.2.2 减震器结构型式的确定  37-38
    3.2.3 减震器最大行程及最大载荷的确定  38-39
    3.2.4 活塞拉杆的设计  39
    3.2.5 气体弹簧压力和体积的计算  39-41
    3.2.6 减震器总阻尼力计算  41-42
    3.2.7 活塞有效长度的确定  42-43
  3.3 减震器结构电磁学分析  43-46
    3.3.1 磁场有限元分析  43-45
    3.3.2 磁场强度与电流关系  45-46
  3.4 力学模型及其参数辨识  46-48
    3.4.1 Bingham塑性模型  47
    3.4.2 力学模型及参数的确定  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第4章起落架虚拟样机模型及模糊控制系统的研究  49-59
  4.1 建立起落架虚拟样机模型  49-52
    4.1.1 三维实体模型的建立  49-50
    4.1.2 虚拟样机的建立  50-52
  4.2 模糊逻辑控制器  52-54
    4.2.1 模糊控制原理及模糊控制系统的组成  52-53
    4.2.2 模糊控制器的设计过程  53-54
  4.3 磁流变减震器控制系统的设计  54-57
    4.3.1 模糊控制器设计  54-56
    4.3.2 制定起落架的控制策略  56-57
  4.4 本章小结  57-59
第5章起落架落震联合仿真及收放运动仿真的分析  59-73
  5.1 联合仿真简介  59-60
    5.1.1 联合仿真的意义  59
    5.1.2 实现联合仿真的步骤  59-60
  5.2 起落架的落震仿真分析  60-69
    5.2.1 落震仿真分析的目的及意义  60-61
    5.2.2 落震仿真分析的参数设置  61
    5.2.3 落震联合仿真分析  61-69
  5.3 起落架收放运动仿真分析  69-72
    5.3.1 起落架耳轴方向的确定  69-71
    5.3.2 起落架机轮运动轨迹  71-72
  5.4 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-79
致谢  79

基于磁流变减震器的轻型起落架设计及其减震特性研究

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