Page 6 - 《振动工程学报》2025年第9期

1936 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

对于舰载机起落架的着舰冲击问题，国外起步 示为上部质量 m 1 ，数值上近似于机身质量 85% 的二
较早，MILWITZKY 等 [4] 采用传统弹簧质量块模型研 分之一（左右缓冲器各承载 50%）；飞机的非弹性支
究 了 飞 机 落 震 过 程 主 起 落 架 动 力 学 响 应 特 性； 撑质量部分（包含缓冲器活塞筒、刹车装置、轮胎
FLUGGE [5-6] 对 非 线 性 的 油 液 式 缓 冲 支 柱 进 行 了 分 等）在模型中表示为下部质量 m 2 ，数值上近似于机轮
析，在不考虑油液流动损耗对油液阻尼模型的影响 质量。其中上部质量的位移表示为 z 1 ，下部质量的
下，对线性弹簧阻尼系统展开了全面分析并进行了 位移表示为 z 2 。
系统的总结。相较而言，国内的研究起步较晚，但随
着中国航母的快速发展，学者对舰载机起落架有了
上部质量
深入的研究并取得了许多研究成果。高华峰 [7] 基于 m 1
z 1
某型舰载无人机分别对对中拦阻和偏心偏航拦阻两
摩擦阻尼
种工况进行仿真计算，得到拦阻过程中起落架载荷
空气弹簧
以及飞机纵向过载传递路径。张江华等 [8] 研究了舰
油液阻尼器
载机在自由飞行状态下，不同舰上接合速度以及不
同下沉速度挂索着舰的起落架受载情况。
目前，绝大多数研究对起落架系统的设计仍基 下部质量
[9]
于安全系数法的设计理念 ，忽略了起落架系统在设 m 2
计、制造过程中的参数不确定性 [10] 。然而这种随机
性有时候会非常致命，当结构存在多个随机参数，就
弹性轮胎 z 2
算是细微的参数波动组合在一起也有可能导致起落
架的性能发生极大的变化，缓冲效率大大降低，甚至 地面

出现结构的破坏，这对着舰过程起落架以及飞行员
图 1 简化起落架模型
的安全无疑是极大的威胁。张峰等 [11] 基于 Kriging
Fig. 1 Simplified landing gear model
代理模型和重要抽样法对某型飞机起落架缓冲器参
针对图 1 所示的模型，根据牛顿第二定律建立
数进行了可靠性灵敏度分析，但未列出输出响应的
系统动力学方程：
均值、标准差以及概率密度函数等结果。张莹等 [12] 
m 1 ¨z 1 + F a + F h + F f − F l −m 1 g+ L = 0

采用非线性二自由度系统构建了飞机起落架模型，  （1）


 m 2 ¨z 2 − F a − F h − F f + F l −m 2 g+ F vg = 0
并基于飞机起落架模型响应的概率密度函数及其统
式 中， ¨ z 1 为 上 质 量 块 的 加 速 度 ； F a 为 空 气 弹 簧 力 ；
计量，开展了不平整跑道对飞机起落架系统影响规
F h 为油液阻尼力； F f 为轴向摩擦力； F l 为结构限制
律的研究。
力； g为重力加速度； L为当量升力； 为下质量块的
本文构建了某型舰载机着舰冲击下的二自由度 ¨ z 2
加速度； F vg 为垂向轮胎力。接下来简述各项载荷的
非线性起落架模型，考虑到填充参数的不可测性与
表达式 [13] 。
设计制造过程带来的不确定性，将缓冲器的 10 个填
空气弹簧力的表达式如下：
充参数作为随机变量，采用基于广义 F（GF）差异的
[ ( ) γ ]
点选择技术进行代表性点集的选取，并采取直接概 F a = A a p a0 v 0 − p atm （2）
v 0 − A a s
率积分法求解代表性点集上的确定性结构方程与概
式中， A a 为压气面积； p a0 为初始填充压力； v 0 为初始
率 密 度 积 分 方 程， 得 到 起 落 架 系 统 输 出 响 应 的 均
充气体积； γ为气体多变指数； p atm 为大气压力； s为
值、标准差与概率密度函数，同时采用蒙特卡罗模
缓冲器行程，表达式如下：
拟对仿真结果的准确性进行验证，进而利用输出响
（3）
应定义功能函数并开展可靠性评估研究。 s = z 1 −z 2
油液阻尼力的表达式如下：

3
3 2
˙ s ρA ˙s ˙ s ρA ˙s 2
h
hl
1 舰 载 机 起 落 架 参 数 不 确 定 模 型 F h = |˙s| 2A C 2 + |˙s| 2A C 2 （4）
2
2
c d cl d
式中， ˙ s为缓冲器压缩速度； ρ为油液密度； A h 为主油
图 1 为简化起落架模型。由于本文着重研究舰 腔压油面积； A c 为净油孔面积； C d 为油液缩流系数；
载机起落架的性能，同时为了力学模型的简化计算， A hl 为回油腔压油面积； A cl 为回油孔面积。
将起落架落震过程中的结构质量简化为两个集中质 轴向摩擦力的表达式如下：
量，其中将飞机的弹性支承质量部分（包含机身、机 ˙ s
F f = K m F a （5）
翼、缓冲器外筒等）等效为刚性质量块，在模型中表 |˙s|