本發(fā)明屬于航空，特別涉及一種基于adams的直升機起落架動力學建模方法。

背景技術(shù)：

1、直升機起落架作為直升機的重要支撐結(jié)構(gòu)，用于承受直升機與著陸表面接觸所產(chǎn)生的靜動載荷，吸收與消耗直升機著陸時的沖擊能量，保護機體與機載人員的安全。直升機起落架作為直升機與著陸表面之間的動力學接口，其動力學建模的準確程度直接影響了直升機著陸過程動力學響應的仿真準確度。

2、常用的直升機起落架動力學建模方法有理論建模方法和有限元方法，理論建模方法需要進行不同程度的簡化處理，精度大大降低且求解結(jié)果不直觀，而有限元方法雖然可以保證較高精度，但是求解時間長且參數(shù)化程度較低，更換機輪特性往往需要重新建模。使用adams調(diào)用基于數(shù)學模型建立的動態(tài)鏈接庫和faila輪胎力學模型，對直升機起落架的緩沖器和機輪進行動力學建模，可有效解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種基于adams的直升機起落架動力學建模方法，能夠解決直升機起落架傳統(tǒng)動力學建模方法求解時間長、效率低的問題，實現(xiàn)直升機動力學特性的快速求解和動力學模型參數(shù)可調(diào)節(jié)。

2、本發(fā)明實施例中，提供一種基于adams的直升機起落架動力學建模方法，包括：

3、s101、分別建立直升機機體和起落架的三維模型，將三維模型導入到adams中；

4、s102、將油氣式緩沖器等效為一個氣體彈簧、一個油液阻尼器和一個摩擦阻尼器的并聯(lián)機構(gòu)，建立所述油氣緩沖器的數(shù)學模型，即分別建立氣體彈簧力fa、油液阻尼力fh和摩擦力ff的數(shù)學模型；

5、s103、編寫輪胎屬性文件和路面屬性文件，定義輪胎和路面的特性；結(jié)合adams中faila輪胎力學模型和輪胎模型接口，對輪胎垂向力、縱向力、側(cè)向力和回轉(zhuǎn)力矩的建模；

6、s104、從adams的輪胎模型接口中獲取當前時刻的輪胎運動狀態(tài)信息，解算并輸出輪胎的力和力矩，通過輪胎模型接口傳回到adams，計算下一仿真時刻的運動狀態(tài)，以此進行迭代分析。

7、進一步地，分別建立氣體彈簧力fa、油液阻尼力fh和摩擦力ff的數(shù)學模型，包括：

8、對單腔油氣式緩沖器，氣體彈簧力fa是關(guān)于緩沖器行程s的函數(shù)，氣體彈簧力fa由氣體壓縮多變方程表示，

9、

10、式中，pair0為氣腔初始壓強，vair0為氣腔初始容積，aair為氣腔壓氣面積，s為緩沖器錯動行程，γ為多變指數(shù)，pamb為標準大氣壓；

11、油液阻尼力fh是關(guān)于緩沖器壓縮速度的函數(shù)，假設(shè)油液為不可壓縮流體，油液阻尼力fh可由bernoulli方程和連續(xù)性方程求得，表示為

12、

13、式中，ρ為油液密度，afl為油腔有效壓油面積，cd0,cd1分別為正反行程主油孔縮流系數(shù)，aoil0,aoil1分別為正反行程油孔面積，為緩沖器壓縮速度，即活塞與套筒的相對速度；

14、緩沖器摩擦力假定為由緩沖器內(nèi)部壓力引起的內(nèi)部摩擦力和由緩沖器彎曲位移引起的內(nèi)部摩擦力的合力，表示為

15、式中，km為摩擦系數(shù)，緩沖器合力f為f＝fa+fh+ff。

16、進一步地，所述方法，包括：

17、定義緩沖器行程在x、y、z坐標軸上的分量分別為disx,disy,disz；定義緩沖器壓縮速度在x、y、z坐標軸上的分量分別為velx,vely,velz；定義整型數(shù)組ipar1(3)用于存儲活塞和套筒的bodyid；定義緩沖器合力、氣體彈簧力、油液阻尼力、摩擦力分別為f,fa,fh,ff；定義氣腔初始容積、氣腔壓氣面積、氣腔初始壓強、標準大氣壓、多變指數(shù)分別為vair,aair,pair,pamb,ra；定義油液密度、油腔有效壓油面積、正行程油孔面積、正行程主油孔縮流系數(shù)、反行程油孔面積、反行程主油孔縮流系數(shù)分別為den,afl,aoil0,cd0,aoil1,cd1；定義摩擦系數(shù)為km；

18、調(diào)用sysfnc函數(shù)采集活塞和套筒相對位移和相對速度在三個坐標軸上的分量，得到緩沖器錯動行程和壓縮速度，計算出緩沖器合力、氣體彈簧力、油液阻尼力及摩擦力；調(diào)用至少包括open和write命令輸出時間、錯動行程、緩沖器力的參數(shù)，用于動力學響應時歷曲線繪制。

19、進一步地，結(jié)合adams中faila輪胎力學模型和輪胎模型接口，對輪胎垂向力、縱向力、側(cè)向力和回轉(zhuǎn)力矩的建模，包括：

20、地面對輪胎的垂向力fz由彈簧力fzk與阻尼力fzc構(gòu)成，取決于負載、輪胎剛度與阻尼，垂向力fz由下式計算

21、fz＝min(0.0,{fzk+fzc})

22、fzk＝-vertical_stiffness×pen

23、fzc＝-vertical_damping×vpen

24、式中，vertical_stiffness為輪胎垂向剛度，pen為輪胎滲入路面深度，vertical_damping為輪胎垂向阻尼，vpen為輪胎滲入路面深度變化率；

25、縱向力取決于垂向力fz、縱向滑移率ss、側(cè)偏角α和當前摩擦系數(shù)u，定義臨界縱向滑移率s_critical，

26、

27、u＝umax-(umax-umin)×ssα

28、

29、式中，ssα為綜合滑移率，ss為縱向滑移率，α為側(cè)偏角，u為當前摩擦系數(shù)，umax為靜摩擦系數(shù)，umin為滑動摩擦系數(shù)，s_critical為臨界縱向滑移率，cslip為小滑移率時的縱向力系數(shù)；

30、當|ss|<s_critical，即輪胎處于彈性變形狀態(tài)時，縱向力為

31、fx＝-cslip×ss

32、當|ss|>s_critical，即輪胎處于滑動狀態(tài)時，縱向力為

33、

34、進一步地，所述方法，包括：

35、側(cè)向力取決于垂向力fz和當前摩擦系數(shù)u，與縱向力計算類似，定義臨界側(cè)偏角α_critical，

36、

37、式中，calpha為小側(cè)偏角時的側(cè)向力系數(shù)；

38、若α<α_critical，即輪胎處于彈性變形狀態(tài)時，側(cè)向力為

39、fy＝-u×|fz|×(1-h3)×sign(α)

40、

41、若α＝α_critical，即輪胎處于滑動狀態(tài)時，側(cè)向力為

42、fy＝-u|fz|sign(α)

43、回正力矩只在輪胎與地面間尚有非滑移區(qū)時計算，當輪胎處于完全滑動狀態(tài)時，回正力矩為0；

44、當α<α_critical，即輪胎處于彈性變形狀態(tài)時，回正力矩為

45、mz＝u×|fz|×width×(1-h)×h3×sign(α)

46、當α>α_critical，即輪胎處于完全滑動狀態(tài)時，回正力矩為mz＝0。

47、進一步地，所述方法，包括：

48、在緩沖器與機輪動力學建模完成后，設(shè)置模型重量、添加運動副；在機體重心處建立集中負載，負載大小等于機體重量；在集中負載與機體模型之間創(chuàng)建固定副；在緩沖器套筒與機體模型之間創(chuàng)建固定副；在緩沖器活塞與緩沖器套筒之間創(chuàng)建移動副。

49、本發(fā)明所帶來的有益效果如下：

50、從上述方案可以看出，本發(fā)明實施例提供一種基于adams的直升機起落架動力學建模方法，分別建立直升機機體和起落架的三維模型，將三維模型導入到adams中；將油氣式緩沖器等效為一個氣體彈簧、一個油液阻尼器和一個摩擦阻尼器的并聯(lián)機構(gòu)，建立油氣緩沖器的數(shù)學模型，編寫輪胎屬性文件和路面屬性文件，定義輪胎和路面的特性；結(jié)合adams中faila輪胎力學模型和輪胎模型接口，對輪胎垂向力、縱向力、側(cè)向力和回轉(zhuǎn)力矩的建模；從adams的輪胎模型接口中獲取當前時刻的輪胎運動狀態(tài)信息，解算并輸出輪胎的力和力矩，通過輪胎模型接口傳回到adams，計算下一仿真時刻的運動狀態(tài)，以此進行迭代分析。本發(fā)明技術(shù)方案，能夠解決直升機起落架傳統(tǒng)動力學建模方法求解時間長、效率低的問題，實現(xiàn)直升機動力學特性的快速求解和動力學模型參數(shù)可調(diào)節(jié)。