舰载机前起落架突伸性能试验研究
  摘要：现代航母舰载机多使用弹射起飞方式，在弹射起飞行程末端，前起落架突伸是一种增加舰载机离舰迎角，提高飞行安全的重要技术手段。设计了一种适用于弹射起飞舰载机起落架突伸性能测试试验方案，搭建了试验系统，并对某型飞机前起落架突伸性能进行了试验验证，对起落架突伸过程进行了分析。通过改变试验初始条件，分析了影响起落架突伸性能的因素，并给出了定量描述。建立了双气腔油气式起落架动力学模型，对某型飞机起落架典型工况突伸性能进行数值模拟，将数值计算结果与试验测试结果进行对比。利用动力学模型对起落架缓冲性能进行计算校核，给出了不同初始条件下起落架缓冲性能变化趋势和数量。结果表明，对于双气腔油气式起落架，起落架突伸性能提升往往会导致起落架缓冲系统效率降低和最大着舰载荷增大。在弹射式舰载机起落架设计时，必须综合考虑突伸性能和缓冲性能。
  关键词：起落架；舰载机；弹射起飞；突伸试验；缓冲性能
  中图分类号：v226 文献标志码：a 文章编号：1004-4523（2018）01-0102-08
  doi：10.16385/jki.issn.1004-4523.2018.01.012
  引言
  舰载机由于其使用环境的特殊性，首要挑战是舰基跑道长度过短，远达不到陆基上的起飞距离。通常采用滑越或弹射起飞方式增加舰载机离舰迎角，提高飞行安全。而弹射起飞因起飞效率高而又不会牺牲飞机的载荷和航程等作战性能，成为目前采用最广泛的舰载机起飞方式。弹射时需要通过弹射拉杆对起落架缓冲系统加载，使缓冲系统达到预先设置的压缩量，弹射梭带动飞机滑行，当飞机滑行至弹射行程末端时，释放存储在缓冲器中的能量使起落架突然伸展，飞机产生附加抬头速度，从而实现迅速达到起飞迎角的目的。
  前起落架突伸是复杂的动力学问题，掌握前起落架在突伸过程中的动力学特性及其受载情况，是突伸装置设计的关键所在，也是舰载机设计的关键环节。
  美国军用规范对舰载机前起落架弹射系统的设计、验证提出了相应要求。国外对起落架突伸问题的研究较少见诸于公开发表的文献，国内这方面的研究刚刚起步，对起落架突伸性能研究多以数值模拟和定性分析起落架参数对突伸性能影响为主。胡淑玲和林国锋就突伸过程对起飞特性的影响进行了研究。黄再兴等建立了一个两自由度的质量一弹簧一阻尼器力学模型，推导出突伸运动方程，给出突伸期间飞机在甲板上的滑行距离和攻角的增量。沈强和黄
再兴提出了起落架充填参数对突伸性能的影响。王彤等基于双腔油气式缓冲器提出了改进的缓冲器构型并通过适当减小缓冲器的反弹阻尼来缩短突伸时间。魏小辉等建立了全机弹射起飞动力学模型，进行了全机弹射起飞动力学分析，提出了基于当量质量的前起落架突伸动力学试验方法。
  对于舰载机起落架设计一方面需要考虑飞机起飞时起落架突伸性能对飞机短距安全起飞的帮助；另一方面，舰载机着陆冲击能量是普通飞机的4～6倍，起落架作为吸收飞机着舰能量的主要部件，对于缓冲性能要求亦极为严苛。在舰载机起落架设计时必须同时考虑这两方面因素影响。油气式缓冲器作为现代起落架设计通常使用的缓冲器模式，系统具有较强的非线性，给精确建模和求解带来一定困难。在实验室环境下通过物理试验模拟起落架弹射起飞状态，可以得到真实的起落架动态突伸性能，也可减小试飞试验所带来的技术风险。同时，在实验室环境下可以模拟不同起落架状态，定量化给出飞机不同使用环境对起落架系统突伸性能的影响，为飞机试验试飞提供有益参考，降低研发风险。
  本文设计了一种起落架突伸试验方案，搭建了起落架突伸试验系统，并对某型飞机前起落架突伸性能进行了试验验证。针对不同工况试验数据分析了不同参数对起落架突伸性能的影
响，并给予定量化描述。同时在起落架动力学模型基础上，对起落架缓冲性能进行校核，预计了着舰载荷范围，为起落架设计提供参考。
  1起落架动力学建模
  起落架缓冲系统主要包括缓冲器和轮胎两部分，建立起落架缓冲性能动力学二质量力学模型，即弹性支撑质量和非弹性支撑质量。弹性支撑质量是缓冲器空气弹簧上部质量（包含起落架支柱外筒和起落架所分配的机体当量质量）。非弹性支撑质量是空气弹簧下部质量（包含活塞杆、机轮、轮胎及刹车盘等）。舰载机前起落架突伸过程动力学模型基本建模简化假设如下：
  1）假设弹射过程中飞机无偏航、滚转、俯仰转动；
  2）将飞机分成弹性支撑质量和非弹性支撑质量，弹性质量采用当量质量，集中在起落架与机体连接点上，无侧向平动；非弹簧支承质量集中在轮轴中心点上。
  1.1支柱式起落架动力学模型
  支柱式起落架动力模型，非弹簧支承质量块质心运动自由度共3个，运动方程为：
伤感的文章  同起落架着陆缓冲性能仿真不同，突伸试验仿真时，模拟起落架在弹射突伸过程中的垂向受载，在停机静平衡支柱压缩时间段，起落架与机体连接点承受垂向载荷fpre，即fy=fy-fpre。在起落架缓冲支柱压到预定值，支柱错动速度为0时，去掉垂向预加载荷fpre，起落架缓冲器释放能量，支柱开始突伸。舰载机弹射起飞过程中，中的蒸汽推动活塞，活塞带动拖梭和前起落架弹射杆，使舰载机加速运动，假设拖梭脱离弹射杆瞬间的起落架缓冲器轴向力为定值。
  1.2双气腔油气式缓冲器动力学模型
  双气腔油气式起落架高压腔主要影响缓冲器工作过程势能储备，高势能储备将有利于起落架提供有效的突伸载荷，增大飞机起飞迎角。低压腔较低的刚度设计能够增加飞机滑跑过程乘员的舒适性。图1为某型飞机缓冲器结构示意图。
  缓冲器轴向力由空气弹簧力、油液阻尼力以及缓冲器外筒与活塞杆的摩擦力组成。轴向力fs可以表示為