Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Simulations and structural analysis of conceptual landing gear design

Marcin Chilik

Abstract

In this study the development of conceptual landing gear design for unmanned aerial vehicle is presented. Tridimensional geometric model of aircraft landing gear and internal structures near mounting of landing gear was design. Further the developed model was used in FEM analysis including static analysis of each part of landing gear, shock absorber analysis, dynamic simulation of the landing. Unusual structure of shock absorber was modeled and analyzed which consisted of deformable elastomer and spring. Landing loads was determined using hand calculations with accordance to airworthiness directives which are issued by EASA. In the strength calculations some of cases were highlighted including: land at one point, landing with frontal hit and slide, landing on the rear gear. The analysis of vibration of the landing gear in the commercial software MSC PATRAN / NASTRAN was made. The obtained results allowed to determine the frequency of vibration that are dangerous for the structure. The landing gear of an aircraft is a complex system that has many components. Traditionally, landing gear numerical simulations have been carried out with Multi-body Dynamics (MBD) software where we use rigid bodies but to perform nonlinear behavior of landing gear system during landing it is important to perform simulation using flexible components.Then the drop down test was simulated taking into account the dynamic effects in one of the finite element method programs MSC NASTRAN. In order to compare and verify received results the equation of motion was determined using Newton's law, which in a very approximate way to model the behavior of analyzed landing gear system at given conditions but it allows to verify the results. Created simulation model allows to investigate how the mechanical system responds to external loads that can occur and could be periodic or incremental. Then similar simulation of drop down test was performed but using multibody motion analysis software MSC ADAMS. ADAMS is a general-purpose mechanical system simulation tool that provides a dynamic simulation of non-linear mechanical models. During the simulation of landing, ADAMS/Solver computes time-dependent transitional and angular displacements, velocities, and accelerations of all mechanical system parts, as well as the reaction and applied forces on each of the parts at the constrained and inertial locations. Obtained results from several different methods were evaluated and compared in order to verify the calculations and to find quantitative and qualitative differences between them.
Record ID
WUTa1509c7e37674097b0bcc491cf80021e
Diploma type
Master of Science
Author
Marcin Chilik (FPAE/IAAM) Marcin Chilik,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Symulacje i analizy strukturalne koncepcyjnej konstrukcji podwozia lotniczego
Supervisor
Adam Dacko (FPAE/IAAM) Adam Dacko,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Mechanika i Budowa Maszyn
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
23-03-2012
Issue date (year)
2012
Pages
108
Internal identifier
MEL; PD-1817
Reviewers
Adam Dacko (FPAE/IAAM) Adam Dacko,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Tomasz Zagrajek (FPAE/IAAM) Tomasz Zagrajek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
podwozie lotnicze, samoloty bezzałogowe, dynamika lądowania, elastomery, amortyzacja.
Abstract in Polish
Niniejsza praca dotyczy koncepcyjnego projektu konstrukcji podwozia lotniczego do samolotu bezzałogowego. Wykonano trójwymiarowy model geometryczny podwozia samolotu oraz struktury wewnętrznej kadłuba w pobliżu mocowania podwozia. W dalszej kolejności wykorzystano opracowany model do analiz wytrzymałościowych w tym analiz statycznych poszczególnych elementów, analizy amortyzatora, dynamicznej symulacji lądowania. Zamodelowano oraz przeanalizowano nietypową konstrukcję amortyzatora, który składał się z elastomerowo- sprężynowego członu odkształcalnego. Wyznaczono analitycznie obciążenia, działające na elementy podwozia podczas przyziemienia zgodnie z obowiązującymi przepisami certyfikacyjnymi. W obliczeniach wytrzymałościowych wyróżniono przypadki wymiarujące podwozie, są to: lądowanie na jeden punkt, lądowanie z uderzeniem czołowym oraz ślizgiem, lądowanie na podwozie tylne. Przeprowadzono analizę drgań własnych układu podwozia w komercyjnym oprogramowaniu MSC PATRAN/NASTRAN. Otrzymane wyniki pozwoliły na określenie częstotliwości drgań, które są niebezpieczne dla danej konstrukcji. Podwozie lotnicze jest złożonym systemem, który składa się z wielu różnorodnych elementów. W tradycyjnym podejściu, w celu wykonania numerycznej symulacji zachowania się podwozia używa się z narzędzi wykorzystujących metody układów wieloczłonowych, gdzie stosuje się człony sztywne, ale w celu odwzorowania nieliniowego charakteru lądowania układu podwozia ważne jest, aby wykonywać symulacje z uwzględnieniem członów odkształcalnych. W związku z tym następnie przeprowadzono symulację zrzutu podwozia z uwzględnieniem efektów dynamicznych w jednym z programów wykorzystujących metodę elementów skończonych MSC NASTRAN. W celu porównania i weryfikacji wyników wyznaczono równanie ruchu układu korzystając z prawa newtona, które w bardzo przybliżony sposób modeluje zachowanie się analizowanego podwozia samolotu pod zadanym wymuszeniem, ale pozwala zweryfikować otrzymane wyniki. Zbudowany model symulacyjny pozwala na zbadanie, w jaki sposób układ mechaniczny odpowiada na wymuszenie, które może być wymuszeniem okresowym lub skokowym. Następnie wykonano zbliżoną symulację zrzutu podwozia przy wykorzystaniu oprogramowania do modelowania układów wieloczłonowych MSC ADAMS. ADAMS jest narzędziem do symulacji zachowania się układów mechanicznych, który pozwala na wykonanie dynamicznych symulacji nieliniowych układów wieloczłonowych. Podczas symulacji lądowania ADAMS/Solver, przeprowadza analizę zależną w czasie przemieszczeń translacyjnych oraz rotacyjnych członów, ich prędkości i przyspieszenia, jak również wyznacza reakcje i przyłożone siły w każdym z węzłów i połączeń członów. Otrzymane wyniki z kilku różnych metod poddano ocenie oraz porównano w celu zweryfikowania obliczeń oraz znalezienia różnić jakościowych oraz ilościowych pomiędzy nimi.
File
  • File: 1
    PRACA_WERSJA_A1_recenzja.docx
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUTa1509c7e37674097b0bcc491cf80021e/
URN
urn:pw-repo:WUTa1509c7e37674097b0bcc491cf80021e

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page