《飛機起落架剎車誘導低頻振動研究》是依託南京航空航天大學，由張明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：飛機起落架剎車誘導低頻振動研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張明
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對飛機地面滑跑起落架剎車動力學進行研究。首先，建立起落架和剎車裝置的振動特性分析模型，分析其固有模態及穩定性，揭示低頻振動產生的機理；其次，通過對防滑剎車系統控制律、液壓系統及跑道結合係數識別的研究，獲得防滑剎車系統對起落架剎車誘導低頻振動的影響規律，提出增強剎車系統工作平穩性的方法；再次，基於多體系統動力學理論和虛擬樣機、有限元及多學科協同仿真技術，建立飛機運動、防滑剎車控制系統、剎車裝置、起落架、機輪和跑道的多學科協同仿真模型，解決剎車系統與起落架結構振動耦合動力學分析難題；最後，對起落架剎車誘導低頻振動進行多學科最佳化設計，從系統綜合的角度提出避免起落架剎車誘導低頻振動的解決方法。通過本項目的研究，形成一套飛機起落架剎車誘導低頻振動動力學分析方法和減振設計方法，為我國起落架及剎車系統設計提供指導。
結題摘要
飛機起落架低頻剎車誘導振動問題涉及到跑道路面、剎車裝置、防滑剎車系統、機輪、起落架結構特性等複雜因素的動力學綜合課題，飛機試飛前很難通過部件級的試驗進行驗證，因此開展飛機起落架剎車誘導振動問題研究對於飛機起落架剎車系統設計具有重要意義，有助於減少設計周期和試飛成本。 針對起落架低頻剎車誘導振動問題，通過分析起落架及機輪結構特性，建立了半軸支柱式主起落架的剛柔耦合剎車低頻振動分析模型，開展了起落架剎車振動特性和參數影響研究。研究表明：起落架支柱剛度對起落架縱向剎車振動現象影響較大。剎車力矩和剎車頻率的增大都會使起落架縱向抖振現象趨於嚴重，當剎車頻率從9Hz增大33%時，輪軸處縱向加速度增長400%以上，輪軸處縱向位移和載荷增大超過100%；當剎車力矩從9000N•m增加33%時，起落架縱向位移和輪軸處縱向載荷增大50%左右，輪軸處的縱向加速度增長率超過200%。 建立了三種不同的起落架防滑剎車控制系統模型，分析液壓閥特性、跑道摩擦係數、剎車控制方法、偏壓調節、反饋信號波動等環節的動態性能，對比分析了不同剎車控制律下起落架低頻剎車誘導振動的回響，並提出了一種傳統控制律與智慧型控制律相結合的複合剎車控制方式，有效抑制了剎車振動現象，改善系統回響特性，提高剎車過程中機輪與跑道間的結合係數，降低防滑系統工作頻次，避開諧振頻率，提高防滑系統工作平穩性。同時證明了新型複合控制律的穩定性和魯棒性。與減速率剎車控制律相比，新型複合剎車控制律剎車效率提高了17%，振動位移幅值減小了73%，輪軸處的縱向振動加速度減小了91%，剎車系統的工作頻率降低了50%，起落架縱向振動頻率也隨之下降了59%。 在起落架與剎車系統多學科耦合動力學分析方法的基礎上，建立了非線性剎車誘導振動動力學數學模型，考慮了緩衝器緩衝行程與起落架縱向運動的耦合，以及起落架縱向振動對實際滑移率的影響。對起落架系統的關鍵參數進行敏感性分析，設計了合理的性能評價指標和約束條件，進而進行了單目標和多目標最佳化，降低起落架與剎車系統低頻諧振的發生幾率，保證剎車安全。採用短時傅立葉變換方法從整個時間域研究剎車力矩以及振動回響的幅頻特性。在剎車控制系統中加入了前饋控制，最佳化PID三個控制參數及前饋控制參數b，使得最大振動角度減小了25.68%。通過多目標最佳化，得到了Pareto前沿，清晰給出了剎車誘導振動與剎車效率之間的權衡關係。
