采用横摇式起落架直升机机体频率影响因素分析

张若忱

（航空工业直升机设计研究所，江西 景德镇 333001）

0 引言

在直升机的研制过程中，必须要对“地面共振”问题加以分析。此现象在直升机机体频率与旋翼摆振后退型频率相近，且阻尼不足时就可能会出现，因此，在设计阶段可能需要对机体频率进行调整，以避免“地面共振”出现。起落架对机体频率有直接影响，而不同构型的起落架，对于机体频率的影响有所不同，所以研究起落架参数对于机体频率的影响有重要的意义，能够为分析和避免“地面共振”问题提供依据。

目前，国内的直升机大多采用纵摇式起落架或滑橇式起落架，但采用横摇式起落架的型号极少。纵摇式起落架的摇臂绕侧向转动，机轮沿航向前后运动，而横摇式起落架的摇臂绕航向转动，机轮沿侧向左右运动。两种起落架由于自由度不同，所以机体模态也有所不同，因此对横摇式起落架的研究是十分必要的。

本文使用Patran商用软件建立机体的简化模型，之后在此模型的基础上，研究部分参数对机体频率的影响进行分析。

1 建模

模型模拟采用后三点横摇式起落架的直升机，起落架结构如图1所示，主起为航向视图，尾起为侧向视图。主起摇臂只能绕航向转动，尾起为立柱式。

图1 起落架结构示意图

根据文献，建立简化模型时，将机体简化为一个重心处的质量点，该质量点与起落架采用MPC连接，主起缓冲器采用弹簧单元模拟，摇臂采用梁单元模拟，摇臂和缓冲器之间由MPC约束航向转动之外的自由度。尾起缓冲器采用弹簧单元，并用MPC约束垂向位移之外的自由度。机轮刚度由三个方向的弹簧单元模拟。建立的简化模型如图2所示。

图2 简化模型

2 影响因素分析

选取一个模型作为对比基准，其参数见表1。

表1 基准模型参数

基准模型计算的机体频率如下，其中，航向和侧向模态指重心质量点有航向或侧向位移的模态。

表2 基准模型机体模态频率

下面在其他参数不变的情况下，计算单个参数变化后的机体频率。

2.1 主起落架机轮侧向跨度

通过将主起整体向内或向外平移，改变主起机轮侧向跨度，计算结果如下。由表3可见，侧向一阶模态频率随主起机轮侧向跨度增大而提高，其他模态频率变化不大。

表3 改变主起机轮侧向跨度后的机体模态频率

2.2 主起与重心航向距离

通过将主起整体沿航向平移，改变主起与重心航向距离，计算结果如下。由表4可见，随着主起与重心航向距离增大，侧向二阶模态频率提高，航向一阶、航向三阶模态略微提高，其他模态频率变化不大。

表4 改变主起与重心航向距离后的机体模态频率

2.3 尾起与重心航向距离

通过将尾起整体沿航向平移，改变尾起与重心航向距离，计算结果如下。由表5可见，随着尾起与重心航向距离增大，航向一阶、航向三阶、侧向二阶、侧向三阶模态频率均提高，其他两个模态频率变化不大。

表5 改变尾起与重心航向距离后的机体模态频率

2.4 重心高度

通过将重心质量点沿垂向平移，改变重心高度，计算结果如下。由表6可见，随着重心高度增大，侧向一阶、航向一阶模态频率降低，航向三阶、侧向二阶、侧向三阶频率模态提高，航向二阶模态频率基本不变。

表6 改变重心高度后的机体模态频率

2.5 主缓刚度

改变主起落架缓冲器刚度，计算结果如下。由表7可见，随着主缓刚度增大，侧向一阶、航向二阶模态频率提高，其他模态频率变化较小。

表7 改变主缓刚度后的机体模态频率

2.6 尾缓刚度

改变尾起落架缓冲器刚度，计算结果如下。由表8可见，随着尾缓刚度增大，航向一阶模态频率提高，航向二阶和航向三阶模态频率略有提高，其他模态频率变化较小。

表8 改变尾缓刚度后的机体模态频率

根据计算结果，采用横摇式起落架的直升机，机体模态频率影响如下，正相关表示参数越大，模态频率越高，负相关则相反。表9可为采用横摇式起落架直升机机体模态的调频提供依据。

表9 机体模态影响因素

3 结语

横摇式起落架的构型新颖，但对地面共振的稳定性提出了严格的要求。本文给出了在“地面共振”分析时建立机体简化模型的方法，并针对主起落架机轮侧向跨度、主起与重心航向距离、尾起与重心航向距离、重心高度、主缓刚度、尾缓刚度对机体频率的影响进行分析，为采用横摇式起落架的直升机“地面共振”评估以及机体调频提供依据。