一种载人飞艇起落架载荷计算方法与流程

本发明属于飞艇运行，尤其涉及一种载人飞艇起落架载荷计算方法。

背景技术：

1、艇起落架是飞艇结构中一个十分重要的部件，主要用于飞艇的起飞、着陆、地面牵引和停放，承受并减缓飞艇在起飞、着陆和牵引过程中与地面之间不同程度的撞击作用。为了满足安全性和经济性要求，起落架结构应具有足够的强度和刚度，同时其重量应尽可能的轻。作为飞艇起落架设计的重要输入，起落架的载荷直接关系和影响着起落架结构的重量、性能、成本等多项指标，载荷分析地是否合理直接决定起落架结构设计的优劣。飞艇起落架载荷是载人飞艇结构平台最重要载荷之一。

2、传统的计算方法参照固定翼飞机起落架的计算方法，运用能量原理，认为飞艇在着陆过程中飞艇艇体结构、吊舱和起落架的动能在同一时刻完全被缓冲器吸收，即：飞艇着陆时的能量(动能、势能)与轮胎、弹簧、飞艇气囊等吸收的能量以及浮力所做的功相当。其中，着陆时的能量包含着陆动能和势能：

3、

4、式中：

5、w——飞艇当量质量，kg；

6、v——下沉速度，m/s；

7、a1——着陆势能，j；

8、η1——轮胎吸能效率，取0.47；

9、n——载荷系数；

10、δ1——轮胎压缩量，m；

11、k——所选用弹簧刚度，n/m；

12、f0——缓冲器初拉力，n；

13、x——缓冲器伸长量，m；

14、a2——浮力所做的功，j；

15、a3——飞艇气囊吸收的能量，j。

16、计算时输入飞艇的质量、缓冲器刚度、下沉速度及其它相关参数。通过迭代计算求得载荷系数n，即可得到飞艇的起落架载荷。此方法存在一个假设条件就是飞艇的气囊、吊舱及起落架在着陆过程中速度同步从下沉速度降到零；而事实上气囊与吊舱、吊舱与起落架之间构成一个多自由度的动力学系统，在着陆冲击过程中三者很难保持速度同步，使得以上计算方法得到的计算结果误差较大。

技术实现思路

1、发明目的

2、为了解决现有飞艇起落架载荷计算方法计算结果误差大的问题，本发明提供了一种载人飞艇起落架载荷计算方法。

3、发明技术解决方案

4、一种载人飞艇起落架载荷计算方法，包括如下步骤：

5、第一步：计算飞艇虚拟惯性，获得飞艇在垂直方向上的虚拟惯性质量；

6、第二步：计算飞艇气囊的等效刚度，获得飞艇气囊在工作压力条件的刚度曲线；

7、第三步：计算起落架的缓冲器和轮胎的等效刚度，获得起落架的刚度曲线；

8、第四步：建立飞艇的双弹簧振子动力学模型，开展飞艇着陆仿真分析，获得触地点处的最大载荷。

9、优选的，第一步中飞艇的虚拟惯性根据飞艇的几何外形工程估算获得或通过cfd仿真分析软件计算获得。

10、优选的，第二步中飞艇气囊的刚度曲线通过有限元模型计算获得。

11、优选的，第二步中飞艇气囊的刚度曲线的获得方法为：将气囊蒙皮简化为薄壁膜元，内部吊索简化为仅受拉的杆元，在起落架作用点处建立mpc传递载荷；在气囊内表面施加允许的压力载荷，约束气囊顶部节点x、y、z三个方向自由度；对起落架载荷作用点处施加不同大小的垂向集中力载荷，通过非线性求解器进行计算分析，获得载荷作用点处位移，进而形成刚度曲线。

12、优选的，将起落架的轮胎和缓冲器弹簧等效为一组弹性连接，按串联的方式计算起落架的缓冲器和轮胎的等效刚度。

13、优选的，第四步中飞艇结构系统的双弹簧振子动力学模型为：

14、

15、式中：x1为吊舱位移，x2为气囊位移，m1为吊舱及任务载荷质量，m2为含虚拟质量的气囊总质量，mq为不含虚拟质量的气囊总质量，fb为浮力，kh为缓冲器的刚度曲线，kq为气囊刚度曲线。

16、优选的，第四步中将飞艇的双弹簧振子模型编写成求解微分方程的计算代码，输出初值及边界条件后开展仿真分析。

17、优选的，第四步中通过飞艇气囊与吊舱位移、飞艇气囊与吊舱速度随时间变化曲线及刚度数据求得飞艇在着陆过程中的最大载荷。

18、本发明的优点：该方法实现了对飞艇起落架载荷的准确估算；在满足结构安全性的基础上，达到降低结构重量和制造成本的效果，同时为载人飞艇的适航取证奠定技术基础。

技术特征：

1.一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，第一步中飞艇的虚拟惯性根据飞艇的几何外形工程估算获得或通过cfd仿真分析软件计算获得。

3.如权利要求1所述的一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，第二步中飞艇气囊的刚度曲线通过有限元模型计算获得。

4.如权利要求3所述的一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，第二步中飞艇气囊的刚度曲线的获得方法为：将气囊蒙皮简化为薄壁膜元，内部吊索简化为仅受拉的杆元，在起落架作用点处建立mpc传递载荷；在气囊内表面施加允许的压力载荷，约束气囊顶部节点x、y、z三个方向自由度；对起落架载荷作用点处施加不同大小的垂向集中力载荷，通过非线性求解器进行计算分析，获得载荷作用点处位移，进而形成刚度曲线。

5.如权利要求1所述的一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，将起落架的轮胎和缓冲器弹簧等效为一组弹性连接，按串联的方式计算起落架的缓冲器和轮胎的等效刚度。

6.如权利要求1所述的一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，第四步中飞艇结构系统的双弹簧振子动力学模型为：

7.如权利要求1所述的一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，第四步中将飞艇的双弹簧振子模型编写成求解微分方程的计算代码，输出初值及边界条件后开展仿真分析。

8.如权利要求7所述的一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，第四步中通过飞艇气囊与吊舱位移、飞艇气囊与吊舱速度随时间变化曲线及刚度数据求得飞艇在着陆过程中的最大载荷。

9.如权利要求7所述的一种载人飞艇起落架载荷计算方法，其特征在于，利用数值计算工具将飞艇的双弹簧振子模型编写成求解微分方程的计算代码，数值计算工具包括matlab。

技术总结本发明公开了一种载人飞艇起落架载荷计算方法，包括如下步骤：第一步：计算飞艇虚拟惯性，获得飞艇在垂直方向上的虚拟惯性质量；第二步：计算飞艇气囊的等效刚度，获得飞艇气囊在工作压力条件的刚度曲线；第三步：计算起落架的缓冲器和轮胎的等效刚度，获得起落架的刚度曲线；第四步：建立飞艇的双弹簧振子动力学模型，开展飞艇着陆仿真分析，获得触地点处的最大载荷。该方法实现了对飞艇起落架载荷的准确估算。技术研发人员：胡小金,张勇,李旺受保护的技术使用者：中国特种飞行器研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/14