六转轴起落架收放偏差分析及可行性研究.pdf

教练机TRA/NERAVIC六转轴起落架收放偏差分析及可行性研究朱裕谱,邹 衍,肖 鸿,裴华平(航空工业洪都,江西南昌,330 0 2 4)摘要：通过建立起落架撑杆数学模型，对撑杆接头偏距问题进行分析研究，确立六转轴型起落架正常收放的关键条件。通过分析撑杆变形对收放载荷的影响，对起落架配合公差进行控制，确定六转轴起落架满足设计要求。关键词：六转轴；接头偏距；撑杆变形Retraction and Extension Deviation Analysis and FeasibilityStudy on Six-shaft Landing GearZhu Yupu,Zou Yan,Xiao Hong,Pei Huaping(AVIC HONGDU,Nanchang,Jiangxi,330024)Abstract:By establishing a mathematical model of landing gear stay rod,this paper analyzes and studies theproblem of stay rod joint offset and establishes the key conditions of six-shaft landing gear.By analyzing theimpact of stay rod deformation on the load of extension and retraction,landing gear fiting tolerance iscontrolled,making sure that six-shaft landing gear meets design requirements.Key words:Six-shaft;Joint offset;Stay rod deformation1）支柱转轴OA、支柱轴线OB和撑杆转轴旋转0引言轴OC必须交于O点；为了减阻通常将起落架收藏于机身或机翼内,由2）另3个旋转轴DD1、EE1、FF1 平行且垂直于于起落架的收藏空间非常有限，而生产误差和运动间隙又使起落架运动轨迹和收放的极限位置产生一定的偏离,因此需要对起落架结构形式进行合理设计。某型起落架由支柱、支柱撑杆接头、下撑杆、上撑杆和撑杆转轴和收放作动筒等组成，如图1 所示。该起落架构成空间六杆机构2,支柱与撑杆转轴安装于机身上，支柱可绕机身旋转，旋转轴为OA；支柱撑杆接头绕支柱轴线OB旋转；撑杆转轴可绕机身旋转,旋转轴为OC支柱撑杆接头、下撑杆、上撑杆和撑杆转轴依次通过转轴连接，其结构模型如图2 所示。为保证机构具有单一自由度，能在收放作动筒的驱动下进行收放，理论上需同时满足：图1 六转轴型起落架作者简介：朱裕谱，男，1 9 8 9 年4 月出生，硕士，工程师。24|教练机2 0 2 3.NO.2专题研究E1理论情况：两侧完全贴合撑杆转轴AF1CFE支柱D1D支柱撑杆接头图2 起落架结构组成平面OBC。由于加工和装配误差的存在，理论上三个轴线交于一点难以保证,通过CATIA中DMU仿真分析初步发现，当存在加工及装配误差后，起落架无法收放到位，运动至某一位置出现机构卡死现象。故需对该型结构的偏差情况进行研究，以保证起落架收放功能。1六转轴起落架数学模型1.1误差简化模型该型起落架的支柱转轴OA与支柱轴线OB位于同一构件上，通过机械加工能较好控制误差，故不考虑支柱转轴OA与支柱轴线OB偏离的情况。支柱转轴安装耳片与撑杆转轴安装耳片位于不同框上，跨度大且为组合件，累计误差较大，故需分析撑杆转轴旋转轴OC偏离的情况。不考虑其他误差，建立该机构误差模型如图3所示,其中0 为撑杆转轴的轴线OC与平面OAB的交点,OO定义为撑杆转轴的轴线OC的偏离误差。A考虑误差后：单侧干涉，下撑杆上撑杆2O另一侧有间隙图4 撑杆装配间隙1.2不同工况误差偏离情况通过CATIA作图的方法可求出上撑杆与撑杆转轴在连接处沿安装轴轴线方向的偏离值，不同工况下该机构收起全过程中的偏离情况如表1 所示。表1 不同工况下偏离误差分析表撑杆转轴的轴线0 C的偏离误差（0 0）为1 mm序收放号角度/010210320-0.96831-0.082380.969120.08229430-0.95995-0.134370.960950.13413-0.56552540-0.94525-0.20080.946560.20028-0.61857650-0.91725-0.292640.91913 0.29156-0.68836760-0.8566-0.431380.859540.42922870-0.70101-0.654730.7056980-0.27472-0.940420.2780110900.38515-0.9317-0.389390.93567-0.66114111000.74354-0.68108-0.747810.68526-0.2693912102其中,工况编号为X,0X5。工况1 工况4 为：当O分别处于轴线OA和OB上的4 个极限工况。工况1.7 如图5 所示，其他工况可参考工况1.7 的定义。FA不同工况偏离误差/mm12-0.9760-0.97323-0.038810.97394 0.03879-0.48557-0.52255-0.785280.65068-0.914480.93697-0.974510.78052-0.63631-0.784440.64013-0.2123821.73030.977=0.70140X1.7-0.452B4图3起落架机构误差模型由于OA与OC不共面,在不考虑其他误差的情况下，上撑杆与撑杆转轴在连接处会出现沿安装轴轴线方向的偏离（即OA与OC间的距离）,如图4 所示。B图5 工况1.7 偏离误差图示教练机2 0 2 3.NO.225教练机TRA/NERAVIC由图5 可知，任意工况可分解为工况1 工况42误差分析的组合。以工况1.7 为例进行说明。工况1 在坐标系Oxy中的坐标为（1,0），工况2在坐标系0 xy中的坐标为(0,1),工况1.7 在坐标系Oxy中的坐标为(x1.7,y1.7)。收放过程中任一时刻,工况1的上撑杆与撑杆转轴在连接处沿安装轴轴线方向的偏离误差为Pli，工况2 的偏离误差为P2i，工况1.7的偏离误差为P1.7i,则P1.7;=lx1.71*Pi+ly1.7/*P2i按式（1），可根据工况1 和工况2 偏离误差求解工况1.7 偏离误差，绘制曲线与作图法的数据对比如图6 所示。010.20_3040506070.80.90.100-0.10-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7-0.8-0.9-1由图6 可知，作图法曲线与求解法曲线几乎完全重合，故可用求解法估算任意工况偏离误差。小误差时，误差影响按线性估算，以工况1.7 为例,即若撑杆转轴旋转轴OC的偏离误差(OO)为d时，任一时刻工况1.7 的偏离误差为P1.7i=d*(lx1.7/*Pi+ly1.7/*P2i)按式（2），可根据工况2 和工况3偏离误差求解撑杆转轴旋转轴0 C的偏离误差（0 0 ）为0.5 mm时工况2.7 偏离误差，绘制曲线与作图法数据对比如图7所示。0.50.40.30.20.1010.20 30 40 50 60 70-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5图7 工况2.7 撑杆接头收放过程偏差图示由图7 可知，作图法曲线与求解法曲线几乎完全重合，故可用式(2)估算任意工况偏离误差。2.1撑杆偏差分析撑杆转轴旋转轴偏离误差为0.5 mm时，各工况上撑杆与撑杆转轴在连接处会出现沿安装轴轴线方向的偏离误差，如图8 所示。由图8 可知,撑杆平面偏移误差在-0.5 mm0.5mm之间,因此为保证六转轴起落架正常收放，上撑杆与(1)撑杆转轴在连接处沿安装轴轴线方向必须保证有2倍的撑杆转轴偏离误差的间隙。撑杆转轴误差为0.5 mm0.50.40.30.20.10-0.1作图法-0.2+求解法-0.3-0.4-0.5512.2撑杆收起变形分析图6 起落架收放过程撑杆接头偏差当撑杆衬垫修配未到位时，起落架收放时会迫使撑杆完全变形（见图9）。(2)图9 撑杆变形部位对于撑杆，上撑杆与下撑杆连接处为薄弱部位，假设变形都发生在该部分。+作图法上撑杆8090100+求解法撑杆平面偏移最大误差撑杆平面偏移最小误差撑杆平面初始偏移误差1.522.5图8 撑杆运动工况间隙LBF2F1RFB33.5图1 0 上下撑杆受力变形44.5下撑杆1A小2FA526教练机2 0 2 3.NO.2专题研究将撑杆受力变形简化为图1 0 所示模型3。F1和F2分别为上撑杆和下撑杆配合耳片处的轴向力，FA为下撑杆与支柱撑杆接头间的轴向力,FB为上撑杆与撑杆转轴间的轴向力，上、下撑杆间相互作用力F1和F2迫使上撑杆耳片变形,挠度分别为1 和2,其他部位按刚体计算。撑杆变形0=(2-01)/2=(F2-F1)L1/6EI=RF1L1/(3EI(LA-R)(1)根据受力平衡，有：F1(LA+R)=F2(LA-R)F1(R+R)=FALAF1(R+R)=FB(LB+R)带人数值，故可求得：F1=25604.4aF2=31020.8aFA=4898.2wFB=2669.7a利用Adams建立起落架动力学模型，同时将上述计算得到的撑杆安装轴轴向力转换为影响撑杆折叠的摩擦力，计算某一状态起落架收放载荷，如图1 1所示。100008000600040002000001020304050607080支柱转角/（）图1 1 起落架收放载荷由图1 1 可知，考虑撑杆变形后,起落架收放载荷在前段略有增加,经统计,增大量约为5%;末端增加明显,并随着收放角度增加而逐渐加大，最大增大量约2 2%。3六转轴起落架结构参数确定该六转轴起落架各构件拟采用H8/f7的配合公差，各构件的间隙如表2 所示。支柱与支柱转轴配合间隙、撑杆转轴与机身配合间隙影响撑杆转轴偏离误差的大小，最严酷情况引起的撑杆转轴偏离误差为（0.0 8 9/2+0.0 3/2)=0.0 5 9 5 mm。机身撑杆转轴配合孔拟总装后利用支柱转轴安装工装定位后精加工而成。设定加工误差为0.3mm，故撑杆转轴偏离总误差为0.0 5 9 5+0.3=0.35 9 5 mm，近似取0.4mm。根据上述分析，为保证起落架收放正常，上撑杆与撑杆转轴在连接处沿安装轴轴线方向需预留最大0.8 mm的间隙。表2 起落架结构件间隙表序号相关构件1支柱2支柱支柱撑杆接3支柱撑杆接下撑杆(2)4(3)5(4)6撑杆转轴(5)支柱与支柱撑杆接头配合间隙、支柱撑杆接头与(6)下撑杆配合间隙、下撑杆与上撑杆配合间隙、上撑杆(7)与撑杆转轴配合间隙影响上撑杆与撑杆转轴在连接(8)处沿安装轴轴线方向的间隙大小，产生的最大间隙为(0.1 2 5/2+3*0.1 0 6/2)=0.2 2 1 5 mm，最小间隙为(0.036/2+3*0.03/2)=0.063mm。显然0.2 2 1 5 0.8,故安装时需对配合处衬垫进行修配，最大修配量为(0.8-0.063)=0.737mm，最小修配量为（0.4-0.2 2 1 5)=00.1785mm。0.2因此，理论上通过对配合处衬垫进行修配，可以考虑撑杆变形后收放载荷理论收放载荷撑杆变形量最大间隙/mm最小间隙/mm支柱转轴0.0890.1250.106下撑杆上撑杆上撑杆撑杆转轴机身保证起落架正常收放。4结语0.8-1.0901000.0250.0360.030.1060.030.1060.030.0890.025撑杆变形对起落架的收放载荷最大增加2 2%，通过六转轴起落架建模分析和计算，得出上撑杆与撑杆转轴在连接处沿安装轴轴线方向有2 倍的撑杆转轴偏离误差的间隙时，能消除撑杆变形带来的载荷。通过对配合处衬垫进行修配，可以保证六转轴起落架的正常收放，满足飞机狭小空间起落架布置要求。参考文献1飞机设计手册编委会飞机设计手册（第1 4册）起飞着陆系统设计M.航空工业出版社，2 0 0 2：460-462.2樊广军,袁理.飞机起落架收放空间机构运动分析J.郑州大学学报,2 0 1 2(33):8 8-9 2.3钱丽丽.飞机起落架撑杆强度有限元分析.科技视界,2 0 1 6(1 8)：1 0 2-1 0 3.(收稿日期:2 0 2 3-0 4-0 6)教练机 2 0 2 3.NO.227