某型无人机前起落架摆振分析

王格 何乐儒

摘要：起落架摆振是指飞机在着陆滑跑时前起落架机轮（或主起落架机轮）所发生的偏离机轮中立位置，同时在侧向和扭转方向出现剧烈的相互耦合运动的振动现象。在摆振设计中，应该选择合适的起落架参数，使得在整个滑跑参数范围内，机轮是摆振稳定的，并具有充分的稳定裕度。但是，单纯地依靠起落架本身的结构参数，往往不足以防止摆振。例如，稳定距增大到一定程度可以防止擺振，但对起落架受载和转弯操纵非常不利。迄今为止，防止摆振最有效的方法是减摆器装置。该文对某型无人机前起落架进行摆振分析，并验证减摆器的可行性。

关键词：起落架摆振 减摆器装置 减摆阻尼 无人机

中图分类号：V217     文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2021）12（a）-0000-00

Vibration Analysis of the Front Landing Gear of a Certain Type of UAV

WANG GeHE Leru

（Department of Aircraft， Chinese Flight Test Establishment， Xi’an， Shaanxi Province， 710089 China）

Abstract： Landing gear shimmy refers to the deviation of the front landing gear wheel （or the main landing gear wheel） of the aircraft from the neutral position of the wheel when the aircraft is landing. The vibration phenomenon of violent mutual coupling movement occurs in the lateral and torsional directions. In the shimmy design， appropriate landing gear parameters should be selected so that the wheel is shimmy stable and has a sufficient stability margin within the range. However， relying on the structural parameters of the landing gear itself is often insufficient to prevent shimmy. For example， increasing the stability distance to a certain extent can prevent shimmy， but it is very unfavorable to the loading of the landing gear and the turning maneuvering. So far， the most effective way to prevent shimmy is the damper device. This article analyzes the front landing gear of a certain type of UAV and verifies the feasibility of the damper.

Key Words： Landing gear shimmy; Damper device; Damping;Unmanned aerial vehicle

摆振现象的研究起源于法国学对汽车前轮摆振[1]的研究，近些年航空业的发展使得飞机起落架的摆振问题成为飞机设计中的热点[2]。Moreland[3]和Smiley[4]分别针对弹性轮胎的力学性能对摆振影响提出了不同的轮胎变形假设——轮胎点接触理论和张线理论，这两种模型也成为了沿用至今的两种经典摆振轮胎理论。后来学者们认识到除了轮胎的力学性能之外，机轮的间距[5]、侧向刚度[6]、机轮的转动惯量与支撑重量同样影响起落架的稳定性。国内外学者开展了一系列对飞机起落架摆振问题的研究。Daniel J[7]通过自适应特征结构分配理论探索避免起落架摆振的方法。冯飞、常正与聂宏[8]采用分岔分析起落架的结构参数与几何参数对摆振稳定性产生的影响，研究防摆阻尼[9]中各因素的作用，分析了摆振的极限环频率、过渡状态的摆振各自由度振动频率，建立了考虑机身运动与弹性的全机摆振动力学模型。该文对某型无人机前起落架的进行摆振分析计算，并验证减摆器的可行性。

2  结语

该文针对某型无人机前起落架进行摆振分析，首先进行了静态压缩载荷和动态载荷下轮胎参数的计算，并以此推出了无因次参数和防摆必需的阻尼系数，最终得出了前起落架的最小当量线性阻尼公式，从起落架减摆所需阻尼和减摆器提供的阻尼进行论证，具有2.03倍的安全系数，表明该型无人机的前起落架和其减摆器的设计具有可行和可靠性。

参考文献

[1] 张宁，殷国栋，陈南，等.车辆动力学中的摆振问题研究现状综述[J].机械工程学报，2017（14）：16-28.

[2] 高雅.起落架摆振适航的试验与试飞审查研究[D].南京：南京航空航天大学，2017.

[3] MORELAND W J.Landing-gear vibration[R].Wright Air Development Center Wright Field Oh， 1951.

[4]  SMILEY R F . Correlation， Evaluation， and Extension of Linearized Theories for Tire Motion and Wheel Shimmy[J].Technical Report Archive & Image Library，1956，241（1）：137-186.

[5] 冯飞，罗波，张策，等.轮间距与双轮共转对飞机起落架摆振的影响分析[J].振动与冲击，2019，38（6）：212-217.

[6] 田静，王恕浩.飞机前轮摆振影响因素分析[J].机械设计，2019（7）：52-57.

[7] LAPORTE D J，LOPES V，BUENO D D.An Approach to Reduce Vibration and Avoid Shimmy on Landing Gears Based on an Adapted Eigenstructure Assignment Theory[J].Meccanica，2020，55（1）：7-17.

[8] 冯飞，常正，聂宏.飞机柔性对前起落架摆振的影响分析[J].航空学报，2011（12）：2227-2235.

[9] 刘胜利，刘小川，牟让科.Taguchi方法在飞机起落架摆振特性对设计参数灵敏度分析中的应用[J].振动工程学报，2020（4）：750-755.