تحليل و شبيه سازي ديناميكي سيستم ارابه فرود هواپيما

Dynamic Analysis and Simulation of an Aircraft Landing Gear System

ارابه فرود يكي از اصلي ترين زير سيستم هاي پرنده است و به دليل بارهاي بسيار شديدي كه به آن و مجموعه اطرافش وارد مي شود از جهت سازه اي داراي اهميت زيادي است. استفاده از روش هاي سنتي و تخميني براي محاسبه بار فرود سبب محاسبه غير دقيق اين بارها شده و وزن زيادي را به سازه تحميل مي كند. از طرفي استفاده از مدل‌سازي‌هاي نرم‌افزاري نيازمند داشتن اطلاعات دقيقي از سيستم ارابه فرود مي‌باشد كه غالبا در مراحل اوليه طراحي هواپيما در اختيار نيست و همچنين پيچيدگي‌هاي زيادي را به‌همراه دارد. در اين تحقيق با هدف افزايش دقت محاسبات براي بارگذاري فرود هواپيما، هر يك از ارابه‌هاي فرود به صورت يك سيستم فنر و ميراگر مدل شده و با به دست آورن معادلات ديناميكي حاكم بر برخورد هواپيما با زمين و انتقال اين معادلات به فضاي حالت و سپس حل عددي آن‌ها، نيروهاي حاصل از اين برخورد محاسبه شده، همچنين پديده اسپين آپ نيز به كمك همين تحليل‌هاي ديناميكي شبيه‌سازي مي‌شود. به منظور نشان دادن توانمندي روش ارايه شده و استفاده از آن در طراحي سازه هواپيما، متداول‌ترين سناريوهايي كه در استانداردهاي هوايي آمده، براي يك هواپيماي مشخص شبيه‌سازي شده است. اين سناريوها شامل فرود با سه چرخ، فرود با دو چرخ و فرود تك چرخ مي باشد كه در هر كدام نيروهاي عمودي اعمال شده بر هر يك از ارابه هاي فرود بر حسب زمان، حداكثر نيروي اسپين آپ، ميزان جابجايي ارابه‌ها و تغييرات موقعيت خطي و دوراني مركز ثقل پرنده بر حسب زمان استخراج شده است.

One of the major subsystems of each airplane is landing gear system which must be capable of tolerating extreme forces applied to the airplane during landing. Using conservative techniques to find landing loads result in overestimation and unnecessary extra structural weight. New commercial softwares can simulate real landing conditions with acceptable accuracy if detailed mechanical data about landing gear system subparts are provided. Although these softwares work well but due to lack of detailed information about the subparts at the conceptual design phase, complexity and time consuming of modeling, expensive license price, etc. they do not seem to be the best choice for design purpose. In this study, in order to calculate landing loads more precisely than the estimating conservative methods, flight dynamic differential equations of an airplane during landing phase are derived and through numeric and state space techniques are solved for different initial conditions including, three point landing, two point landing and one wheel landing. Each landing gear of the airplane is modeled as a two-degree of freedom mass-spring-damper set. Time history of the airplane center of gravity, pitch and roll angle, vertical landing loads of each landing gear and their spin-up loads for different landing types (different initial conditions) are obtained to show capabilities of this new, fast and accurate landing simulation code, generated.