1、概述

　　起落架是飞机的重要承力部件，由于现代飞机空地循环周期缩短，寿命期内地面运动距离增长，因而导致起落架所承受的动载荷较大，造成系统工作环境复杂，出现故障较多。作为飞机结构的主要承载部件之一，其设计直接影响到飞机的使用和安全性能，因此起落架的的设计是结构设计中最为关键的环节之一。

　　起落架的设计与飞机机体等其它结构设计一样，除了要满足结构的强度、刚度以及在预期的安全寿命的前提下保证质量最小之外，还要满足起落架的使用、维护和工艺性等要求。由于起落架是由机械结构和缓冲装置、收放液压系统等各类系统共同组成的复杂系统，因此，需要按照系统工程的方法进行综合设计，才能够保证各种设计要求之间的协调和平衡。

　　根据起落架系统设计的技术要求，整机起落架系统半物理实时仿真平台可以实现以下任务：

　　起落架控制系统分析

　　起落架滑跑性能分析

　　起落架转向性能分析

　　起落架摆振性能分析

　　起落架起飞/降落性能分析

　　起落架收放性能分析

　　……等等

　　2         实时仿真技术对起落架分析的意义

　　起落架半实物仿真系统，即可通过Simcenter Motion和Simcenter Amesim建立精确的起落架仿真系统模型，并生成实时代码，下载到实时平台系统（例如Concurrent实时系统）中，与外设硬件飞行控制系统结合（如ECU，电子控制单元，芯片，物理方向舵等），通过真实的硬件控制系统来控制精确的被控对象，从而完成在半实物状态下飞机各种工况，包括起落架地面滑跑、制动、摆振、着陆（落震）、收放等起落架性能分析。

　　2.1         加速研发流程

　　起落架半实物仿真系统，是在起落架实物样机未出来之前，就可以进行起落架控制系统和起落架本身的方案在后期实际使用过程的性能进行评估的，从而在设计早期就可以对后期可能存在的问题进行预判，降低研发风险，减少研发周期，改善和加速现有研发流程。

　　2.2         控制算法开发验证优化

　　起落架半实物仿真系统，一个最大的功用，自然是验证和标定飞行控制器，包括飞机的各项工况控制验证，例如：转向、滑跑、起飞、收放、着陆、制动等各种工况。从软件联合仿真，到真实控制器成型，这个过程每一步都需要对控制器进行重新验证和标定，毕竟软件环境是算法环境，而真实的控制器是基于算法的硬件，同样是一个集成系统，如何验证这个集成系统的情况，需要有对象来验证。实物自然成本过高，目前大部分研究机构均是通过自编程序代替被控对象，由于被控对象复杂性，自编代码往往简化过于厉害，对于控制器的验证和标定也是不真实的。因此，基于起落架半实物仿真系统的实时模型，即机构动力学运用专业的机构动力学仿真平台，电液系统运用专业的电液系统仿真平台，各自建立专业模型，同时将其变成实时硬件在环被控对象，从而更全面地验证和优化控制器。

　　2.3         优化真实操纵下的起落架方案

　　起落架半实物仿真系统如何更进一步对起落架方案设计进行验证和优化。基于两个层面因素：

　　一是基于控制器从算法到硬件集成系统后，控制器的响应与软件算法中是不相同的，硬件自然是真实应用控制器的响应，因此，我们需要基于真实控制器的真实响应（真实输出，包括输出信号稳定性，输出信号精确性，输出信号抗干扰能力等，这些是在软件平台下无法做到的）状态下起落架设计方案在各种工况下的各项性能。

　　二是对于一些非全自动智能控制的控制器，即需要有人的因素在里面，如何将人的因素考虑进来，来优化起落架设计方案，是需要通过硬件在环，即半实物技术来实现的。软件平台中，由于一些控制输入均是通过假定或是通过信号生成器生成的固定信号，其闭环是在一个假定的情况下闭环的，而人是存在反应时间、反应后输出动作等，存在非常多的不可控因素，如何将这些因素考虑进来，进行起落架设计方案的优化，是硬件在环（半实物）技术的另一个应用。

　　3         实时仿真的技术流程

　　通过起落架半实物仿真系统的实施，其基本流程包括MIL（模型在环）到SIL（软件在环），最后再到HIL（硬件在环，即半实物）。

　　具体实施流程如下图所示：

　　从整个起落架半实物系统实施流程，我们可以发现，控制系统与起落架的耦合是一直存在的，即起落架半实物系统是可以贯穿起落架分析的全部流程。

　　在MIL模型在环阶段，可以通过定义控制算法和起落架被控对象，完成各种特定工况，如特定的转向、滑跑、起飞、收放、着陆、制动等工况，对算法设计方案进行修证，同时对起落架载荷及各方面性能进行验证优化。此阶段相当于通常意义的联合仿真，可以在控制模型和起落架模型中提取分析数据曲线等，来判定控制算法或起落架模型方案合理性。

　　在SIL软件在环阶段，可以通过对控制算法的代码进行修改定义，通过详细的被控对象模型，在线调试和修正算法数据。相当于快速原型状态的在线调参。这个阶段，起落架模型可以是原仿真模型也可以是代码模型。这个时候可以通过观察起落架被控对象模型输出的性能曲线数据来判断算法调试成功与否，从而确定控制方案及起落架的局部修证。

　　在HIL硬件在环（半实物）阶段，此时控制算法已经烧入硬件设备。在此阶段，可以验证在真实操控（即人在环）的情况下，通过观察控制系统输出的指令数据以及被控对象（即起落架实时仿真模型）输出的性能曲线，来判定控制与起落架系统的匹配特性，同时，可以在真实操控状态下，获取起落架各方面的性能数据，为起落架的最终方案设计提供依据。

　　4         小结

　　运用半实物仿真分析技术，能够在起落架设计过程中，在物理样机成型和制造之前，通过数字样机和虚拟模型，对起落架的各种性能进行综合分析和研究。一方面，能够在各个设计阶段通过计算机仿真发现和解决设计中的问题，特别是动态问题，对起落架的设计方案进行充分验证和综合优化，使其能够满足起落架性能、可靠性和耐久性等各方面的要求；另一方面，由于在物理样机制造和试验之前已经通过数字样机进行了设计优化，大量的设计问题和缺陷已经在物理试验之前得以发现和排除，这样就能将设计风险降到最低，从而尽可能的减少设计反复的次数和物理试验的成本；同时，结合半实物仿真技术，可以在更真实的状态下对起落架各方面性能，无论是控制算法的验证优化，还是起落架自身各方面性的评估验证，都可以结合人的因素，来综合评估考量。