0 引言

    某型飞机的起落架系统采用传统的前三点式布局。它包括一个向前向上收起的前起落架和两个分别向内向上收起的左右主起落架，由单一的飞机液压源提供液压作动能源。

    按照总体设计方案设定的15秒内的收上时间和18秒内的放下时间要求（收放时间不包括舱门的打开和舱门的关闭），结合起落架系统详细设计的各种相关数据，开展起落架收放仿真分析，计算在现有起落架系统的设计参数下起落架系统的收放时间符合性，为验证和优化起落架收放设计方案提供依据。

1 系统工作原理

    某型飞机起落架收放系统正常工作时，当飞行员通过起落架控制手柄发出收放指令后，起落架收上过程如下：①起落架和舱门选择阀加电，舱门作动器开始作动并打开舱门。②在舱门打开后，通过作动开锁作动器和收放作动器，起落架下位锁开锁，起落架收上。③起落架收上到位时，起落架上位锁上锁。④舱门作动器关闭舱门。⑤起落架和舱门选择阀断电到中立位置，所有压力管接通回油，释放压力。

    起落架放下过程与起落架收上过程类似，不再赘述。在本文的仿真分析中，由于计算的起落架收放时间不包括舱门开启和关闭时间，且舱门机构和其他起落架机构是相对独立的运动，故建模时省略舱门机构。

2 建模仿真工具

    2.1 Image.AMESim

    Image.AMESim(以下简称AMESim)是基于图形化建模环境的多领域一维仿真软件，带有多种领域的专业元件库，其中液压库中包含了大量常用的液压元件。该软件是目前应用最广泛的液压系统仿真工具，具备与许多三维多体动力学软件的联合仿真接口。本文以AMESim对某型飞机起落架收放的液压系统进行建模仿真与分析。

    2.2 Virtual.motion

    Virtual.Motion(以下简称Motion)是LMS公司Virtual.lab平台中用于三维多体动力学仿真分析的工具，适合模拟机械系统的真实运动和载荷。它能够快速调用机构CAD模型，设置约束条件和作用力等参数后，即可方便的用于起落架收放机构的三维多体动力学仿真计算研究，并通过接口与液压相关部分的仿真软件进行联合仿真计算。

3 系统建模与分析

    3.1 分析内容

    按照规定的仿真条件和输入参数，对收放系统的收放过程进行仿真分析，计算起落架的收上和放下时间，形成试验结果曲线；以规定的标准收上、放下时间作为输入，计算收放系统对液压能源系统的最大压力-流量需求。

    3.2 分析过程

    分别建立液压系统和机构模型，可通过联合仿真进行计算，集AMESim和Motion两者之所长作无缝连接的联合仿真，可以使系统模型计算结果更加可靠和精确。联合仿真接口提供力、位移、速度等参数的相互传递，AMESim模型输出位移和速度的计算值，并得到作用力的反馈值。Motion与之相反。

    AMESim和Motion的联合仿真可以采用Co-Sim和Coupled两种接口方式。

    a)Co-Sim方式以AMEsim为主，在AMEsim中进行仿真过程控制（设置仿真时间、采样步长、算法等），仿真过程中，AMEsim与Motion各自计算，在规定的每个采样时间段内相互传递数据。

    b)Coupled方式以Motion为主，在Motion中进行仿真过程控制，仿真过程中只调用Motion的求解算法进行计算（AMESim不参与计算）。

    本文采用Coupled方式联合仿真。一般来说，采用Coupled方式，仿真结果相对Co-Sim方式更加精确。

    3.3 液压系统模型

    采用AMESim软件建立起落架收放系统的液压回路模型，根据起落架收放系统的特点，前起落架收放液压回路和主起落架收放液压回路是相对独立的，可建立两个独立的模型系统。下文以主起落架收放系统的液压回路模型为例，介绍建模思路和简化后的液压回路模型。

    在建模中不考虑对于计算结果无明显影响的元部件和参数，如油滤、管路容积效应、液阻等，并在仿真过程中，设置油液温度恒定为20℃，即不考虑温度变化对系统带来的影响。在AMESim中建立的简化模型如图1所示。

图1 主起收放液压回路模型图

    建好模型后，按照该飞机液压系统相关技术文件输入各种参数，如油液特性、进油口压力、回油口压力，作动筒无杆腔直径、活塞杆直径、作动筒自由行程、选择阀各出口的最大开启面积等。

    3.4 起落架机构建模

    起落架机构本身很复杂，本文主要研究内容只包括参与收放运动过程的主要零件，因此，与收放过程运动无关的零件都没有考虑建多体模型，如管路、弹簧、线缆等。

    将所有需建模的机构零件的三维Catia数模直接导入Motion，建立多体动力学模型；添加各零件关节之间的约束，运动副约束设置示意图如图2所示，其他零件间的连接均设为固定副约束。

图2 主起机构运动副约束示意图

    运动副设置后，按照设计参数设置重力、平均气动载荷力和预紧弹簧力，选定仿真算法和仿真时间；最后与AMESim联合仿真，以AMESim的力输出作为开锁作动筒和收放作动筒驱动力，进行起落架收放过程模拟。

4 仿真结果分析

    仿真计算结束后，查看计算曲线，检验起落架收放机构收放时间是否符合设计要求。在主起落架收上过程中的主支柱转动角-时间曲线如图3所示，所有的仿真参数为给定的设计参数，主支柱转动到80º时到达收上上锁位置，时间约为10秒，符合总体设计15秒内的收上时间要求。

图3 主支柱转动角-时间曲线

    假如计算结果与设计要求相差太大，或为了使计算结果尽量接近要求值，也可以通过对关键参数包线扫描的的方式进行批量仿真计算，找到符合设计值的最优化参数。例如调节收放作动筒入口前的节流孔大小，将最大3L/min的流量改为2.5L/min，可显著延长收放时间，在其他设定参数均不改变的情况下，主起收放时间经仿真计算后为13秒左右，收放动作更为平稳。

5 结束语

    通过该项目的研究，可实现起落架收放系统的主要运动机构的收放过程仿真，检测机构零部件的运动状态和有无干涉情况，还可引入液压系统的模型计算起落架收放动作对于液压系统的压力、流量需求，实现对系统相关元部件选型和关键参数的分析和优化，对于飞机设计阶段的方案验证和优化有很强的实用价值。