白 洁

（西安航空学院，陕西 西安 710077）

某轻型飞机起落架收放作动筒的仿真优化

白 洁

（西安航空学院，陕西 西安 710077）

以往传统液压收放系统在目前的先进技术下，可以实现全电动控制，并能够科学设计出一种新型动作动筒。这种电动作动筒具有较强的优势，尤其是对于直线收放以及收放时的解锁问题，以及发生故障所采用的应急功能等，其作用非常大。本文主要针对轻型飞机起落架电动作动筒的结构进行分析，并从中进行一些优化研究。

轻型飞机；结果优化；研究；起落架；电动作动筒

我们知道，飞机的起落架收放系统对于飞机来说具有非常重要的作用，其收放系统主要是对飞机起飞以及降落着陆等起到关键作用。当前，一些轻型的飞机起落架一般情况下都采用的是液压收放系统。这种液压收放系统具有一定的优势，其输出力较大，且应用技术非常纯熟，性能比较稳定。但是其劣势也非常明显，主要有能耗较大、检修时间较长，且元件的质量非常大，工作效率比较低等。飞机在未来的发展中，主要走向全电化方向，由于人们对轻型飞机的性能不断提高要求。运用液压收放系统的缺点渐渐地成为制约轻型飞机性能提高的主要原因。所以，要加强对起落架电动作动筒结构的研究和优化工作。这种系统的应用主要采用的是电力作为收放的动力源，同时把电动作动筒当做主要的执行命令元件。这种结构具有较好的特点，紧凑且质量适中，工作效率非常高。

1有关电动作动筒的结构和分析。起落架电动作动筒主要结构由气动马达、气动离合器和直流电机，以及齿轮减速器、同步带装置、丝杠螺母副、锁定机构、活塞杆、滚珠丝杠、活塞筒和微动开关等组成。其中，可以利用螺母套筒以及活塞间的行程，来对钢珠进行约束，进行上锁和解锁，从而达到机械锁紧的目的，同时具有较强大的抗冲击能力。电动作动筒在工作中的主要构件是活塞以及活塞筒和活塞杆、钢珠等，这些材料具有一定的力学性能。其中活塞筒的材料主要是30CrMnSiNi2A，弹性模量为207GPa，泊松比是0.3，屈服极限为1600MPa。活塞的材料为30CrMnSiNi2A，弹性模量为207GPa，泊松比是0.3，屈服极限在1600MPa。钢珠的材料为GCr15，弹性模量为207GPa，泊松比是0.3，屈服极限为2157MPa。活塞杆的材料为30CrMnSiNi2A，弹性模量为207GPa，泊松比是0.3，屈服极限为1600MPa。挡环的材料为30CrMnSiNi2A，弹性模量为207GPa，泊松比是0.3，屈服极限为1600MPa。首先，在CAD软件中对实体机构进行三维建模。且可以对实体模型做一简化，把去活塞筒以及活塞上的一些细小结构去除，确保不会影响到分析结果的精度。然后，把在CAD软件中已经建立好的三维模型导入有限元分析软件，对模型进行科学的网格划分，这种划分工作可以采用自动方法，也可在后期对网络进行手动的细化工作。最后，根据作动筒工作时各结构的运动情况，给每个部件添加合适的约束，并对不同材料的部件赋予不同的材料属性，即可进行有限元强度校核计算。其中，作动筒的强度校核尤为关键，在作动筒的主要受力结构中，受力最严重的结构是钢珠，最大的应力可达1875.8MPa。这种应力已经比较接近材料的屈服极限，因此需要对其进行适当的结构优化，从而提高作动筒的强度。 经计算，活塞筒最大应力为344.97MPa，同时活塞杆的最大应力也达到了537.8MPa，活塞最大应力是197MPa。这三个结构所受的最大应力远远小于30CrMnSiNi2A的屈服极限，一定程度上满足强度设计的需要。从上述分析中，可以确定作动筒薄弱环节主要就是钢珠。因此，必须对其结构进行优化，从而提高作动筒上锁状态的强度。对钢珠结构的优化很多文献中已做过相关研究，而通过对活塞筒结构尺寸的优化来优化钢珠强度的研究相对不是很多。因此这里我们对活塞筒尺寸就行优化，从而使钢珠的强度和整体系统的强度得到有效提高。

2轻型飞机起落架电动作动筒结构的优化。这里我们对作动筒的活塞壁厚进行科学的优化工作，这是由于活塞筒是最直接的受力构件，其对作动筒承受能力以及钢珠的受力具有重要的影响。因此，作动筒的活塞壁应尽可能设计的薄一些，否则就会对作动筒的重量产生一定的影响。还可能造成作动筒在受到来油压力之后不能正常开锁。活塞与活塞筒之间的间隙为0.1mm。进行仿真优化时，改变活塞筒的内径，外径不变。依次选取活塞筒壁厚为3mm，3.05mm，3.1mm，3.15mm， 3.2mm，3.25mm，3.3mm，3.35mm，3.4mm时，对钢珠的强度进行校核计算，来确定活塞筒壁厚的最优化值。通过仿真分析，可以得到以下结论：随着活塞筒壁厚的增大，钢珠所受的应力就会相应减小；活塞的壁厚在大于3.35mm以上，钢珠所受的应力岁活塞筒壁厚的变化基本保持不变。壁厚在不断增大的过程中，使得活塞筒的应力也之间保持一种恒定转状态。因此，综合理论和实际情况来看，活塞筒壁厚取3.35mm时，既能满足钢珠的强度要求，又能满足作动筒整体结构对重量的要求。利用有限元软件对优化过的作动筒进行强度校核分析，钢珠所受的最大应力从优化前的1875.8MPa减小到1378.7MPa，活塞筒所受的最大应力从优化前的344.97MPa减小到328.68MPa。通过进行结构的优化之后，其活塞筒的强度以及钢珠的强度都得到了有效提高，增加了系统的设计安全裕度，对于小型飞机来说其安全性和可靠性得到了较大的提升。

结语

综上所述，对于轻型飞机起落架收放作动筒的结构分析和优化，本文进行了简要进行的分析和论述，通过采用模拟仿真的方法，对作动筒结构强度进行了计算校核。从而找出其强度薄弱构件，其中对作动筒活塞壁的尺寸进行了优化，从而使得作动筒的强度得到了有效的提高，从提高了整个收放机构的强度和性能。

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