Bir İniş Takımı Mekanizmasının Dinamiği

Abstract

Burulma serbestlik derecesine sahip bir burun iniş takımı modelinin shimmy (çalkalanma) analizi yapılmıştır. Shimmy, lastik ve iniş takımı dinamiklerinin etkileşiminden ortaya çıkan bir titreşim hareketidir ve iniş takımının veya uçağın kendisinin hasarına yol açabileceğinden önemli bir konudur. İniş takımı sistemleri ve bileşenleri hakkında temeller ve tarihsel süreç, ilgili terminoloji ve farklı tekerlek yerleşimleri tanıtılmıştır. İniş takımlarının temel bileşenleri olan sönümleyici, lastik ve frenler detaylı biçimde sunulmuştur. Sönümleyici denklemleri verilmiştir. Lastik boyut ve basınçları, lastik tasarımları, lastiklerin sınıflandırılması ve en sık kullanılan lastik modelleri sunulmuştur. İniş takımı tasarımı ile ilgili hususlar tartışılmıştır.Gövdeye ve kanada bağlı ana iniş takımları için kapanma kinematiği denklemleri verilmiştir. Shimmy tanımlanmıştır ve nedenleri verilmiştir. İniş takımı modelleri sunulmuştur. İniş takımları ve shimmy hakkında detaylı bir literatür araştırması verilmiştir. Burulma serbestlik dereceli bir burun iniş takımının hareket denklemleri verilmiştir. Gerili tel lastik modeli denklemleri çıkarılmıştır. Model lineerleştirilmiştir ve parametre uzayında kararlılık analizi yapılabilmesi için Routh–Hurwitz kriteri uygulanmıştır. Karakteristik denklem ve özdeğerler bulunmuştur. Sonuçlar literatür ile uyum sağlamaktadır. Kaster mesafesi ve lastik yarım temas mesafesinin artırılması ve azaltılmasının kararlılık bölgelerine olan etkisi araştırılmıştır.Lineer ve nonlineer modellerin neticeleri zamana bağlı olarak gösterilmiştir. Limit çevrimler elde edilmiştir ve sönüm katsayısı ile taksi hızının limit çevrimlere etkisi gözlemlenmiştir. Boşluk tanımlanmıştır ve boşluk hakkında bir literatür araştırması verilmiştir. Burulma serbestlik dereceli burun iniş takımı modeline boşluk eklenmiştir. Boşluğun burulma açısı, yanal lastik deformasyonu ve limit çevrimlere etkisi gözlenmiştir. Pasif, aktif ve yarı aktif kontrol stratejileri tanımlanmıştır. Manyetoreolojik (MR) sönümleyiciler tanıtılmıştır. MR sönümleyicilerin çalışma prensipleri ve çeşitli MR sönümleyici modelleri sunulmuştur. Akıma bağlı Bouc–Wen modeli ile gösterilen bir MR sönümleyici iniş takımı modeline eklenmiştir.Bir iniş senaryosu uygulanmıştır. Bu çalışma, hem lineer hem nonlineer analiz araçlarını, boşluk kavramını ve bir MR sönümleyicisi içerdiğinden çok detaylı bir çalışmadır. Literatürde, tekerlek veya iniş takımı shimmy analizi hakkında az sayıda çalışma vardır, ancak boşluğa sahip bir burun iniş takımının detaylı bir analizi yapılmamıştır. Boşluklu ve boşluksuz iniş takımı modellerine bir MR sönümleyicisinin eklenmesi bir yeniliktir. Akıma bağlı Bouc–Wen modelinin uygulanması da bir başka yeniliktir. Bouc–Wen modelinin parametreleri genetik algoritmalar ile bulunmuştur.

Shimmy analysis of a torsional nose landing gear model is conducted. Shimmy is the oscillatory motion of the landing gear, caused by the interaction between the dynamics of the tire and the landing gear, and is an important phenomenon as it may lead to damage to the landing gear or the aircraft itself. Basics and historical overview on landing gear systems and components, related terminology and different wheel arrangements are introduced. Main components of landing gear, namely shock absorbers, tires and brakes, are presented in detail. Shock absorber equations are given. Tire sizes and pressures, tire designs, categorization of tires and the most frequently used tire models are presented.Issues related to landing gear design are discussed. Retraction kinematics is given for both fuselage–mounted and wing–mounted main landing gear assemblies. Shimmy is defined and causes of shimmy are given. Landing gear models are presented. A thorough literature survey on landing gear and shimmy is presented.Equations governing the torsional nose landing gear model are derived. Equations governing the stretched string tire model are derived. The model is linearized and Routh–Hurwitz criterion is applied to compute stability boundaries in parameter planes. Characteristic equation and eigenvalues are computed. Results show aggreement with literature.Effects of increasing and decreasing the caster length and tire half contact length on stability regions are investigated. Time histories of the linear and nonlinear models are obtained. Limit cycles are obtained and effects of the damping constant and taxiing velocity on limit cycles are observed. Freeplay is defined and a literature survey on freeplay is given. Freeplay is incorporated into the torsional nose landing gear model. Effect of freeplay on the torsion angle, lateral tire deformation and limit cycles are observed. Passive, active and semi–active control strategies are defined. Magnetorheological (MR) dampers are introduced. Working principles of MR dampers and various MR damper models are presented. An MR damper modeled using the current–dependent Bouc–Wen model is introduced to the torsional landing gear model with and without freeplay. A landing roll scenario is implemented. This is a very detailed study in the sense that it includes both linear and nonlinear analysis tools, the concept of freeplay and an MR damper incorporated into the model. There exist a few studies in literature on wheel shimmy analysis or the shimmy analysis of landing gear, however, a detailed analysis of the torsional landing gear model with freeplay has not been performed. Incorporation of an MR damper in the landing gear model with and without freeplay is another originality. Application of the current–dependent Bouc–Wen model, is another brand new concept. Parameter identification of the Bouc–Wen model is accomplished using genetic algorithms.