某型无人直升机滑撬式起落架受力及结构强度仿真分析研究

王婷婷 王陆阳

（1.南京模拟技术研究所，江苏南京210016；2.郑州飞机装备有限责任公司，河南郑州450005）

0 引言

滑橇式起落架是无人直升机机身的固定结构，吸收直升机着陆时由垂直速度产生的能量，减少着陆撞击所引起的过载。此外，它还可以作为无人直升机的任务载荷（如侦察设备）的固定支架和保护装置。因此，无人直升机起落架的受力及结构强度分析在无人直升机设计中起着十分重要的作用。

某型无人直升机滑橇式起落架结构如图1所示。

图1 某型无人直升机起落架结构

1 起落架受载分析

根据结构部门提供的载荷工况，本文考虑两滑撬同时着陆的情况。

两橇筒底部同时触地，机身处于水平姿态。在下述情况中，垂直载荷在左右橇上平均分配，阻力载荷和侧向力载荷作用在平行于水平地面的接触面上。

1.1 垂直着陆

根据标准中的相关要求：最大垂直载荷按使用下沉速度确定，方向为垂直地面向上。根据无人直升机起落架使用载荷和重心位置（图2），计算该载荷下起落架的结构强度是否满足要求以及起落架的最大压缩量，载荷在起落架上的分布如图3所示。Ff=（b/L）×Pz/2≈3 144.4 N，Fr=（a/L）×Pz/2≈4 058.6 N，其中Pz是无人直升机最大起飞重量并考虑3倍过载，Pz=490×9.8×3=14 406 N。

图2 某型无人直升机全机重心位置图

1.2 有前飞速度的着陆

图3 某型无人直升机垂直工况着陆的起落架载荷分布

垂直载荷必须与等于垂直载荷的50%的阻力载荷合成，此合成的地面载荷应等于规定的最大垂直载荷。根据起落架使用载荷，计算该载荷下起落架的结构强度是否满足要求以及起落架的最大压缩量，载荷在起落架上的分布如图4所示，放开的转动自由度，如图4所示。其中，Ff≈3 144.4 N；Fr≈4 058.6 N；Fh=（1/2）×（0.5Pz）=3 601.5 N。

图4 某型无人直升机有前飞速度着陆的起落架载荷分布

1.3 着陆中的侧向力载荷

垂直载荷等于最大垂直载荷，作用在每一侧滑撬上的侧向载荷等于该橇上的垂直载荷的0.25倍，总的侧向载荷仅沿一个橇筒长度作用。

根据起落架使用载荷，计算该载荷下起落架的结构强度是否满足要求以及起落架的最大压缩量，载荷在起落架上的分布如图5所示，其中固支处保留绕螺钉转动的自由度。其中，Ff≈3 144.4 N，Fr≈4 058.6 N，Fv=（1/2）×（0.25Pz）=1 800.75 N。

图5 某型无人直升机带前飞速度着陆的起落架载荷分布（向外）

2 有限元建模

2.1 单元选择

根据建模简化方案建立有限元模型，选择壳单元（Shell181）进行网格划分，起落架结构有限元网格模型如图6所示。

图6 某型无人直升机起落架有限元网格图

2.2 材料属性

各材料名称和属性如表1所示。

表1 材料名称和属性

2.3 静强度计算结果分析

根据结构部门提供的载荷工况，对某型无人直升机钛合金起落架进行了强度分析，得到的结果云图如图7、图8、图9所示，计算结果如表2所示。

图7 垂直着陆工况计算结果

图8 有前飞速度着陆工况计算结果

图9 着陆中侧向力工况计算结果

表2 各个工况计算结果比较

3 结语

本文根据某型无人直升机起落架结构模型，开展了多个工况的受载载荷分析，并结合ANSYS软件，建立了有限元仿真分析模型，计算了该滑撬式起落架静强度，得出其各个工况的最大应力和变形量。分析结果表明，该起落架的结构强度满足产品设计要求。