轻型无人机起落架摆振问题简析

来源：核心期刊咨询网时间：2022-05-14 10:3512

摘要：摘 要：与民航相比，无人机的重量小，无人机的飞行性能直接判断无人机的综合表现能力。减量作为提高无人机性能指标的重要因素，必须在无人机的各子系统设计阶段充分考虑，但减量通常会导致结构强度和刚度的问题。如果前着陆机的构造刚度不足，会造成振动问题，振动会直

　　摘 要：与民航相比，无人机的重量小，无人机的飞行性能直接判断无人机的综合表现能力。减量作为提高无人机性能指标的重要因素，必须在无人机的各子系统设计阶段充分考虑，但减量通常会导致结构强度和刚度的问题。如果前着陆机的构造刚度不足，会造成振动问题，振动会直接影响飞机的运行安全。在本文中，我们简单地分析了轻型无人机的振动问题。

　　关键词：无人机;振动;起落架

　　引言

　　现在，很多无人机都采用了前三点式着陆机的配置，之前起到了支撑飞机机体的作用，便于地面的停止和运动。另外，实现了飞机在地面滑动的状态下的旋转功能，可以缓和飞机滑行期间跑道不平坦的振动等，是飞机安全滑行和起飞着陆的保障。因此，如果前着陆机发生振动问题，会对飞机的起降安全性产生严重影响，如果振动发散现象未得到缓和，另一方面飞机结构会产生破坏性损伤，有可能发生滑行事故，另一方面，振动潜在的周期性振动会对着陆机和机体结构造成疲劳损害超过强度界限的话会发生灾害性的事故。

　　1摆振产生的机理

　　摆振是非线性动力学问题，是由多个运动耦合而成，包括支柱侧向振动、机轮侧向摆动、机轮绕支柱扭转运动以及支柱自身扭动，如图1所示。

　　一般来说，在无人机减重的大环境下，着陆机大多结构刚性不足，此时会产生“结构型”的振动，另外，在飞机正常情況下会发生轮胎变形和受力引起的振动，属于“轮胎型”的振动。发生“结构型”振动后，需要校准着陆框架结构的强度和刚性，在结构部件的关键连接部位增加刚性，发生“结构型”振动时难以解决，“轮胎型”的振动比“结构型”的振动更容易解决。

　　2振动缓和政策

　　振动是自激发振动，如果不采取适当措施，则会发生扩散。振动问题的解决从根本上着手于着陆机的设计阶段，根据整体参数确定着陆机的结构参数，保证无人机在各滑行状况范围内从前面开始振动稳定，在外部干扰的情况下具有充分的稳定区域。例如，在保证着陆机负荷和旋转的便利性的情况下，尽量增大结构参数的稳定距离，有利于防止振动。

　　另外，根据无人机的重量和着陆机的设计，通过选择适当的轮胎，轮胎的形状和构造可以在一定程度上降低振动的发生概率，但是不能从根本上解决振动问题。挥杆是缓和挥杆的最有效的方式，现在很多飞机上搭载的是油液式挥杆，当轮发生挥杆时，产生的左右挥杆通过连接结构传递到挥杆，挥杆的减震杆在筒内来回运动内部介质通过倾销孔往复流动，这样以热能方式消耗能量。挥杆减震器的形式可以很好地防止振动，但挥杆减震器实质上是减震器，具有一定的衰减，并且在设计挥杆减震器时，必须基于着陆系统整体振动所需的衰减矩来确定挥杆减震器的衰减。由于衰减过小，不能有效缓解振动，衰减过大，增加前轮侧负荷，影响飞机的稳定性和操纵性，所以设计挥杆时，可以注意飞机的前端挥杆稳定区域，并给予相应的储备度。因为挥杆是缓和挥杆的最有效的方法，所以接下来主要说明挥杆减震器。

　　3减震器分类

　　根据挥杆减震器的作用方式，主要的结构形式是活塞式和旋转板式。当活塞式减震器起作用时，减震杆对汽缸进行直线运动，主要包括汽缸筒、减震杆、活塞、减震孔等，而车板式减震器活塞对汽缸体进行旋转运动，主要包括汽缸、固定刀片、主动刀片、包括端盖等。

　　除此之外还有干摩擦减震器，主要是由于橡胶等介质的干摩擦产生的热产生而消耗振动能量，但该减震器效率不高，主要在高频振动的情况下，橡胶产生的有效摩擦变少，无法实现摩擦发热，容易损坏因为需要迅速更换内部的原件，所以干式摩擦减震器逐渐被淘汰。

　　除了油液作为介质之外，现在可以采用磁流变液作为工作介质，磁流变液在不同的磁场环境下产生不同的衰减力。因此，磁流变阻尼器基于磁流变学液的特性设计了不同的电流磁化区域，磁流变学液经过过时的结构形式变化，轮振动使其在衰减通道之间往复流动，产生的可变衰减力消耗了运动机械能为了实现快速收敛振动的目的，与油液式减振器相比，磁气流变振动减振器的性能更好，但目前仍处于科学研究阶段。

　　4振动力学模型

　　前托架振动动力学模型的分析是振动分析的重点。由于振动是多运动耦合，单个数学方程不能满足振动动力学的要求，并且采用多个自由度来建立振动动力学模型。分析着陆框架的振动是否稳定，基于振动动力学模型计算振动稳定区域，确定着陆框架设计是否满足要求，并为减振器衰减的选择提供理论支持。

　　结束语：

　　振动问题影响飞机的滑行安全，为了防止振动，从着陆机的设计时出发，优化结构参数，保证结构强度和刚性，根据振动动力学模型计算振动的稳定区域，选择适当的减振器，将着陆机的振动发生概率抑制到最小保证飞机正常稳定的起降。

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