張若忱

（航空工業(yè)直升機設計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

在直升機的研制過程中，必須要對“地面共振”問題加以分析。此現(xiàn)象在直升機機體頻率與旋翼擺振后退型頻率相近，且阻尼不足時就可能會出現(xiàn)，因此，在設計階段可能需要對機體頻率進行調整，以避免“地面共振”出現(xiàn)。起落架對機體頻率有直接影響，而不同構型的起落架，對于機體頻率的影響有所不同，所以研究起落架參數(shù)對于機體頻率的影響有重要的意義，能夠為分析和避免“地面共振”問題提供依據(jù)。

目前，國內的直升機大多采用縱搖式起落架或滑橇式起落架，但采用橫搖式起落架的型號極少。縱搖式起落架的搖臂繞側向轉動，機輪沿航向前后運動，而橫搖式起落架的搖臂繞航向轉動，機輪沿側向左右運動。兩種起落架由于自由度不同，所以機體模態(tài)也有所不同，因此對橫搖式起落架的研究是十分必要的。

本文使用Patran商用軟件建立機體的簡化模型，之后在此模型的基礎上，研究部分參數(shù)對機體頻率的影響進行分析。

1 建模

模型模擬采用后三點橫搖式起落架的直升機，起落架結構如圖1所示，主起為航向視圖，尾起為側向視圖。主起搖臂只能繞航向轉動，尾起為立柱式。

圖1 起落架結構示意圖

根據(jù)文獻，建立簡化模型時，將機體簡化為一個重心處的質量點，該質量點與起落架采用MPC連接，主起緩沖器采用彈簧單元模擬，搖臂采用梁單元模擬，搖臂和緩沖器之間由MPC約束航向轉動之外的自由度。尾起緩沖器采用彈簧單元，并用MPC約束垂向位移之外的自由度。機輪剛度由三個方向的彈簧單元模擬。建立的簡化模型如圖2所示。

圖2 簡化模型

2 影響因素分析

選取一個模型作為對比基準，其參數(shù)見表1。

表1 基準模型參數(shù)

基準模型計算的機體頻率如下，其中，航向和側向模態(tài)指重心質量點有航向或側向位移的模態(tài)。

表2 基準模型機體模態(tài)頻率

下面在其他參數(shù)不變的情況下，計算單個參數(shù)變化后的機體頻率。

2.1 主起落架機輪側向跨度

通過將主起整體向內或向外平移，改變主起機輪側向跨度，計算結果如下。由表3可見，側向一階模態(tài)頻率隨主起機輪側向跨度增大而提高，其他模態(tài)頻率變化不大。

表3 改變主起機輪側向跨度后的機體模態(tài)頻率

2.2 主起與重心航向距離

通過將主起整體沿航向平移，改變主起與重心航向距離，計算結果如下。由表4可見，隨著主起與重心航向距離增大，側向二階模態(tài)頻率提高，航向一階、航向三階模態(tài)略微提高，其他模態(tài)頻率變化不大。

表4 改變主起與重心航向距離后的機體模態(tài)頻率

2.3 尾起與重心航向距離

通過將尾起整體沿航向平移，改變尾起與重心航向距離，計算結果如下。由表5可見，隨著尾起與重心航向距離增大，航向一階、航向三階、側向二階、側向三階模態(tài)頻率均提高，其他兩個模態(tài)頻率變化不大。

表5 改變尾起與重心航向距離后的機體模態(tài)頻率

2.4 重心高度

通過將重心質量點沿垂向平移，改變重心高度，計算結果如下。由表6可見，隨著重心高度增大，側向一階、航向一階模態(tài)頻率降低，航向三階、側向二階、側向三階頻率模態(tài)提高，航向二階模態(tài)頻率基本不變。

表6 改變重心高度后的機體模態(tài)頻率

2.5 主緩剛度

改變主起落架緩沖器剛度，計算結果如下。由表7可見，隨著主緩剛度增大，側向一階、航向二階模態(tài)頻率提高，其他模態(tài)頻率變化較小。

表7 改變主緩剛度后的機體模態(tài)頻率

2.6 尾緩剛度

改變尾起落架緩沖器剛度，計算結果如下。由表8可見，隨著尾緩剛度增大，航向一階模態(tài)頻率提高，航向二階和航向三階模態(tài)頻率略有提高，其他模態(tài)頻率變化較小。

表8 改變尾緩剛度后的機體模態(tài)頻率

根據(jù)計算結果，采用橫搖式起落架的直升機，機體模態(tài)頻率影響如下，正相關表示參數(shù)越大，模態(tài)頻率越高，負相關則相反。表9可為采用橫搖式起落架直升機機體模態(tài)的調頻提供依據(jù)。

表9 機體模態(tài)影響因素

3 結語

橫搖式起落架的構型新穎，但對地面共振的穩(wěn)定性提出了嚴格的要求。本文給出了在“地面共振”分析時建立機體簡化模型的方法，并針對主起落架機輪側向跨度、主起與重心航向距離、尾起與重心航向距離、重心高度、主緩剛度、尾緩剛度對機體頻率的影響進行分析，為采用橫搖式起落架的直升機“地面共振”評估以及機體調頻提供依據(jù)。