《民用飞机起落架结构设计与仿真GBT+38918-2020》详细解读

《民用飞机起落架结构设计与仿真GB/T38918-2020》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4基本要求4.1概述4.2总体布局contents目录4.3结构形式4.4结构承载4.5材料选择4.6维护性5详细要求5.1缓冲器设计5.2收放机构contents目录6仿真6.1一般要求6.2仿真内容6.3仿真结果评估011范围适用对象民用飞机起落架结构设计人员01民用飞机起落架仿真分析人员02民用飞机起落架相关领域的科研人员03010203民用飞机起落架结构设计的基本原则和要求民用飞机起落架仿真分析的方法和步骤民用飞机起落架结构设计与仿真的验证方法内容涵盖适用范围限定本标准适用于民用运输类飞机、通用航空飞机的固定翼起落架不适用于军用飞机、直升机、无人机等起落架的设计与仿真022规范性引用文件主要引用标准010203GB/T19001质量管理体系要求GB/T24001环境管理体系要求及使用指南GB/Z19578飞机起落架强度设计指南HB7716飞机起落架用30CrMnSiNi2A钢锻件技术条件辅助引用文件HB/Z140航空锻造铝合金技术条件GJB2367军用飞机强度和刚度规范起落架飞机设计手册第10册结构设计航空制造工程手册飞机装配工艺相关技术文件航空行业标准民用飞机起落架试验要求与方法（待发布）中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准（CCAR-25）航空行业标准民用飞机起落架设计要求（待发布）行业标准与规范033术语和定义用于飞机起飞、着陆、地面滑行和停放的装置。定义一般由支撑结构、缓冲器、收放机构、转弯机构、机轮刹车装置等组成。组成3.1起落架定义用于承担并传递飞机地面载荷的起落架部件。组成一般由起落架支柱、缓冲器、车架、轮轴、撑杆、以及收放机构、转弯机构、锁机构、液压作动筒等部件组成。3.2起落架结构定义用于起落架在飞机起降、滑行过程中吸收飞机下沉冲击能量的装置。3.3缓冲器“安装在缓冲器内用于控制起落架伸长速度的阻尼器。反弹阻尼器在起落架处于放下位置时，用于锁住起落架的机构或装置。下位锁01020304缓冲器在工作过程中的压缩程度。缓冲器的压缩量在起落架处于收上位置时，用于锁住起落架的机构或装置。上位锁3.4其他相关术语044基本要求安全性原则起落架结构设计应确保在各种预期飞行和地面操作条件下的安全性，包括起飞、着陆、滑行和停放等。可靠性原则经济性原则4.1设计原则结构应具有高可靠性，能够在规定的使用寿命内，承受重复载荷和环境条件的影响。在满足安全性和可靠性要求的前提下，应优化设计方案，降低制造和维护成本。为减轻结构重量，提高承载能力，应优先选用高强度金属材料，如钛合金、高强度钢等。高强度材料针对飞机起落架在恶劣环境条件下的使用需求，应选择具有良好耐腐蚀性能的材料。耐腐蚀材料在满足性能要求的前提下，可考虑使用复合材料，以进一步提高结构效率和减轻重量。复合材料4.2材料选择0102034.3结构设计要求01起落架结构应具有足够的强度和刚度，以承受飞行和地面操作过程中的各种载荷。结构设计应考虑提高起落架的稳定性，降低振动水平，以改善乘坐舒适性和延长结构寿命。结构应具有损伤容限能力，即在一定损伤范围内仍能保持规定的承载能力；同时，应具有良好的耐久性，以抵抗长期使用过程中的疲劳、腐蚀等损伤。0203强度与刚度要求稳定性与减振要求损伤容限与耐久性要求仿真模型建立应建立准确反映起落架结构特点和力学性能的仿真模型，包括几何模型、材料模型和边界条件等。仿真工况设置根据起落架的实际使用条件和设计要求，设置合理的仿真工况，包括起飞、着陆、滑行、转弯、刹车等。仿真结果分析对仿真结果进行全面深入的分析，评估起落架结构在各种工况下的安全性、可靠性和性能表现，为优化设计提供依据。0203014.4仿真分析要求054.1概述起落架是飞机在地面停放、滑行、起降时用于支撑飞机重量和吸收撞击能量的重要部件。功用通常由承力结构（如支柱、横梁等）、缓冲系统（如减震器、轮胎等）和收放系统（如收放作动筒、锁机构等）组成。组成起落架功用与组成设计要求起落架设计需满足强度、刚度、稳定性、耐久性等多方面的要求，同时考虑减重、降噪等性能优化。挑战随着飞机性能的提升和使用环境的复杂化，起落架设计面临着更高的性能要求和更严苛的环境条件。设计要求与挑战国内外发展现状与趋势国际发展趋势国际上，先进的起落架设计理念和制造技术不断涌现，如采用新材料、新工艺以及智能化技术等，以提升起落架的综合性能。国内发展现状国内民用飞机起落架设计制造能力不断提升，已逐步实现从仿制到自主创新的跨越。背景随着民用航空事业的快速发展，为确保飞机起落架的安全性和可靠性，亟需制定相应的国家标准来规范和指导起落架的设计与仿真工作。意义标准制定背景与意义本标准的制定有助于提升我国民用飞机起落架设计制造的整体水平，推动行业技术进步，保障飞行安全。0102064.2总体布局安全性原则确保在各种工作条件下，起落架结构能够安全可靠地支撑飞机重量和吸收着陆冲击能量。功能性原则根据飞机起飞、着陆、滑行和停放等不同阶段的需求，合理布局起落架结构，以实现其各项功能。经济性原则在满足安全性和功能性的前提下，通过优化设计和选用合适的材料、工艺等措施，降低起落架结构的重量和成本。布局原则摇臂式起落架通过摇臂机构将机轮与机身或机翼相连，具有较好的缓冲性能和稳定性，适用于中型和大型飞机。车式起落架采用多轮小车式布局，适用于重型飞机和大型运输机，能够承受更大的着陆冲击载荷和提供更大的支撑面积。支柱式起落架采用支柱作为主要的承力构件，具有结构简单、重量轻、便于维护等优点，适用于小型和轻型飞机。布局形式飞机类型与用途不同类型的飞机对起落架的布局有不同的要求，如战斗机需要紧凑的布局以减小阻力，而民用客机则更注重舒适性和安全性。布局考虑因素机场条件与使用环境机场的跑道长度、宽度、表面质量以及使用环境（如高温、高寒、高原等）都会影响起落架的布局设计。载荷与缓冲要求根据飞机的最大起飞重量、着陆速度以及着陆冲击载荷等参数，确定起落架的布局形式和结构强度。同时，需要合理设计缓冲系统以吸收着陆时的冲击能量，保护飞机结构免受损伤。074.3结构形式VS由减震支柱（或缓冲器）、扭力臂、机轮和刹车装置等组成，常用于小型飞机。摇臂式起落架由下悬臂、减震支柱、机轮和刹车装置等组成，适用于大型飞机。支柱式起落架起落架的基本结构结构特点支柱式起落架结构紧凑，重量轻，但着陆时冲击较大。摇臂式起落架增加了主起落架的离地距离，有利于飞机在不平坦的地面上着陆，提高了飞机的越野性能。起落架的支柱和扭力臂通常采用高强度钢或钛合金制造，以承受飞机着陆时的冲击和重载。机轮通常由铝合金或镁合金制成，以减轻重量并提高耐磨性。材料选择安全性考虑结构形式的设计需确保在各种飞行和着陆条件下，起落架都能提供稳定的支撑和缓冲作用。必须考虑到极端天气和紧急情况对起落架结构的影响，确保其安全性和可靠性。084.4结构承载起落架结构必须能够承受飞机在起飞、着陆、滑行和停放过程中的各种载荷，包括静载荷和动载荷，确保结构的完整性和安全性。强度要求为了保证飞机的稳定性和操控性，起落架结构需要具有一定的刚度，以减少变形和振动对飞机性能的影响。刚度要求4.1承载能力要求4.2承载结构设计结构设计通过合理的结构设计，如采用桁架式、梁式或混合式等结构形式，以及优化连接方式和截面形状，来提高结构的承载能力和稳定性。材料选择根据承载要求和使用环境，选择高强度、高韧性、耐腐蚀和耐疲劳的材料，如高强度钢、钛合金或复合材料等。利用有限元分析方法对起落架结构进行静力学和动力学分析，评估结构在各种载荷工况下的应力、应变和位移等响应。有限元分析对起落架结构进行疲劳分析，预测结构的疲劳寿命和破坏模式，为结构优化提供依据。疲劳分析4.3承载仿真分析通过地面静载和动载试验，验证起落架结构的承载能力和稳定性是否满足设计要求。地面试验在实际飞行过程中，对起落架结构的承载性能进行进一步验证，确保其在实际使用中的安全性和可靠性。飞行试验4.4承载试验验证094.5材料选择2014材料选择原则按经适航认可的专业标准或经飞机主制造商批准的材料选用目录进行选择。满足起落架使用功能、使用条件和使用部位的要求。根据承载和使用环境选择合理的热处理和表面处理方法。考虑可制造性，并与其他结构材料选择相匹配。0401020301高强度和高韧性起落架材料需要承受飞机起飞、着陆以及地面操作过程中的各种载荷，因此必须具备高强度和高韧性。关键材料特性02耐腐蚀性由于起落架经常暴露在恶劣的环境中，如雨水、雪水、沙尘等，所以材料必须具有良好的耐腐蚀性。03轻量化在满足强度和刚度的前提下，应尽可能选择轻量化的材料，以降低起落架的重量，提高飞机的经济性。铝合金具有较高的比强度和良好的加工性能，是起落架常用的材料之一。铝合金钛合金具有高强度、高韧性和良好的耐腐蚀性，适用于承受重载荷和恶劣环境的起落架部件。钛合金钢材具有较高的强度和刚度，通常用于起落架的支撑结构和连接部件。钢材常用材料类型1.确定起落架的设计要求和使用环境。3.对筛选出的材料进行详细的性能测试和评估，包括强度、韧性、耐腐蚀性等方面。材料选择流程010203042.根据设计要求和使用环境，筛选出符合条件的材料类型。4.根据测试结果，选择最优的材料用于起落架的制作。同时，需要考虑到材料的可加工性、成本以及供应链等因素。104.6维护性可达性起落架结构设计应考虑维护人员的可达性，确保各关键部件和维护点易于接近和操作。可检测性设计应便于故障检测和诊断，提供必要的检测手段和工具。可更换性关键部件和易损件应设计成易于更换的形式，减少维护时间和成本。标准化与模块化采用标准化和模块化设计，提高部件的通用性和互换性，简化维护工作。4.6.1维护性设计原则起落架结构设计应确保维护操作的安全性，防止意外事故发生。维护安全维护周期维护成本根据起落架的使用情况和部件寿命，制定合理的维护周期和计划。在满足性能要求的前提下，尽可能降低维护成本，提高经济效益。4.6.2维护性要求通过实际维护操作、模拟仿真等手段，对起落架结构的维护性进行验证。验证方法建立维护性评估指标体系，包括维护时间、维护成本、维护难度等，对起落架结构的维护性进行全面评估。评估指标根据验证和评估结果，提出针对性的改进措施，不断优化起落架结构的维护性设计。改进措施4.6.3维护性验证与评估115详细要求02设计时需考虑当量质量和下沉速度，以确保缓冲器的性能与飞机重量和着陆速度相匹配。04缓冲器的阻尼和反弹阻尼需精心设计，以控制起落架伸长速度和反弹效应，保证飞机着陆后的稳定性。03空气作用和排气面积的计算是缓冲器设计中的重要环节，影响缓冲器的吸收效率和稳定性。01缓冲器设计的过载值应确保在结构不会失效的前提下，包括使用过载和储备功过载。5.1缓冲器设计01020304机构组件的重量、重心和质量特性参数对收放机构的性能有重要影响，应在设计中予以充分考虑。收放机构的运动学和动力学特性应经过详细分析，以确保其运动平稳、可靠，并满足飞机操作要求。机构设计需考虑锁机构的定位与功能，确保在收起和放下位置均能牢固锁定起落架。收放机构应确保起落架能够可靠地在收起和放下位置之间转换。5.2收放机构5.3其他详细要求结构布局和形式应合理，以优化重量分布、减小气动阻力并提高结构效率。仿真分析在起落架结构设计中具有重要作用，应贯穿于设计全过程，以验证设计的合理性和可靠性。起落架应设计有必要的维护和检查口盖，以便于日常维护和检查工作。起落架材料选择应满足强度、刚度、耐腐蚀性和疲劳寿命等要求，同时考虑材料的可加工性和经济性。125.1缓冲器设计5.1.1设计要求缓冲器应具有良好的吸能特性，能够在飞机着陆时吸收并分散冲击能量。01缓冲器的设计应确保在飞机起飞、着陆、滑行和停放过程中的稳定性和安全性。02缓冲器应具备适当的刚度和阻尼特性，以提供平稳的着陆和起飞过程。03当量质量和下沉速度缓冲器的设计需考虑飞机的当量质量和下沉速度，以确保在着陆过程中能够有效吸收冲击。空气作用和排气面积设计时需要计算空气作用和排气面积，以保证缓冲器在不同飞行条件下的性能。阻尼和反弹阻尼缓冲器应具备适当的阻尼和反弹阻尼，以防止飞机在着陆后发生过度反弹。5.1.2设计考虑因素5.1.3材料和结构选择缓冲器材料应具有高弹性和耐疲劳性能，以承受频繁的着陆和起飞冲击。结构设计应合理，确保缓冲器在压缩和伸长过程中能够保持稳定性和可靠性。在缓冲器设计过程中，应进行性能仿真以验证设计的合理性和有效性。5.1.4性能仿真与验证仿真应包括不同着陆条件下的冲击吸收能力、阻尼特性以及反弹阻尼等方面的测试和分析。通过仿真结果对设计进行优化，确保缓冲器在实际应用中的性能达到预期要求。135.2收放机构应确保收放机构在飞机起飞和着陆过程中能够可靠地收起和放下起落架。收放机构的设计应考虑到飞机在各种飞行条件下的稳定性和安全性。机构应具有足够的强度和刚度，以承受在收放过程中的各种载荷。5.2.1设计要求0102035.2.2结构特点0302收放机构通常由多个连杆、作动筒和其他部件组成，以实现起落架的收起和放下动作。01应考虑到机构的防腐、防磨和润滑等要求，以提高其使用寿命和可靠性。机构的设计应尽可能简单且高效，以减少故障率和维护成本。在设计阶段，应通过仿真分析来验证收放机构的性能和可靠性。通过仿真结果，可以对机构进行优化设计，以提高其性能和安全性。仿真应包括机构在各种飞行条件下的动态响应、载荷分布以及关键部件的应力分析等。5.2.3仿真分析通过试验验证，可以进一步发现和解决潜在的问题，确保收放机构的可靠性和安全性。5.2.4试验验证在完成仿真分析后，应进行实际的试验验证，以确保收放机构的实际性能与仿真结果相符。试验应包括机构的收起、放下、锁定等功能的测试，以及在不同飞行条件下的性能测试。010203146仿真6.1一般要求仿真工作应明确具体任务要求，包括目的、内容范围、使用的软件和平台等。01仿真所需的参数应来源可靠，并确保数字样机的构型和版本与实际设计相符。02仿真结果应进行评估，以验证设计的合理性和优化潜力。036.2仿真内容010203仿真内容包括起落架结构设计的各个方面，如缓冲器性能、收放机构运动协调性等。缓冲器性能仿真需考虑设计着陆试验、储备功试验以及充填参数容差试验等。收放机构仿真应关注机构的动力学特性，包括重量重心、气动载荷以及摩擦系数等。仿真结果应通过对比试验数据进行验证，确保仿真的准确性和可靠性。评估过程中应关注关键性能指标，如缓冲器的效率、收放机构的平稳性等。仿真结果可为后续的优化设计提供依据，促进起落架结构设计的不断完善。6.3仿真结果评估010203156.1一般要求6.1.1仿真目的明确确保仿真工作能够准确反映起落架结构设计的实际情况。为起落架的结构优化、性能评估及试验验证提供可靠依据。““仿真应涵盖起落架结构设计的各个方面，包括总体布局、结构形式、材料选择等。重点关注缓冲器、收放机构等关键部件的性能仿真。6.1.2仿真内容全面6.1.3仿真方法合理采用先进的仿真技术和软件，确保仿真结果的准确性和可靠性。结合试验数据，对仿真模型进行验证和修正，提高仿真精度。对仿真结果进行详细的分析和评估，确保其真实反映起落架结构的性能。这些一般要求为民用飞机起落架结构设计与仿真的工作提供了明确的指导，确保了仿真工作的科学性、全面性和准确性。通过满足这些要求，可以为起落架的设计、制造和维护提供有力的技术支持，提高民用飞机的安全性和可靠性。将仿真结果与试验结果进行对比，验证仿真的有效性。6.1.4仿真结果可信166.2仿真内容6.2.1仿真目的验证起落架结构设计的合理性通过仿真分析，检验起落架结构是否满足设计要求，能否承受飞行过程中的各种载荷。预测起落架性能利用仿真手段预测起落架在实际使用中的性能表现，包括强度、刚度、耐久性等。优化设计根据仿真结果，对起落架结构进行优化设计，提高结构的安全性和可靠性。研究起落架在动态载荷作用下的振动特性、疲劳寿命等。结构动力学仿真模拟起落架的液压系统和控制系统在飞行过程中的工作情况。液压与控制系统仿真分析起落架在静载荷作用下的应力、应变和位移等响应。结构静力学仿真6.2.2仿真范围有限元法采用有限元法对起落架结构进行离散化处理，建立数学模型进行求解。多体动力学方法利用多体动力学方法模拟起落架在飞行过程中的运动学和动力学特性。流体动力学仿真通过流体动力学仿真分析起落架液压系