磁流变起落架的开关控制落震载荷减缓实验

doi:10.7527/S1000-6893.2024.29425

Abstract

Abstract:

The magneto-rheological buffer of the landing gear is a semi-active damper designed based on the magneto-rheological effect. It can adjust the damping level of the buffer by varying the current of the exciting coil， thereby alleviating the landing load of the landing gear. We design a magneto-rheological buffer with on-off control and test the circuit dynamic response of the magneto-rheological buffer. To solve the time delay problem of the circuit response， an on-off controller with local negative feedback is proposed and designed to adjust the excitation coil current of the magneto-rheological buffer to alleviate the drop load. The effectiveness of alleviating the landing load is validated through the drop test. The results show that using the on-off control strategy with local negative feedback， we can reduce the peak value of the drop load by 10.3%， compared with the case in which the exciting coil is not energized （i.e.， the oleo-pneumatics buffer）.

Key words: magneto-rheological buffer, landing gear, drop loading alleviation, on-off control, feedforward control

CLC Number:

V226

Zaifei KANG, Le WANG, Pengwei JIANG, Zhichun YANG. Experimental research on drop loading alleviation using on⁃off control for magneto⁃rheological landing gear[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(12): 229425.

Figures/Tables 20

Fig.1

Fig.2

Table 1

Table 2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Fig.7

Table 3

Drop test response calculation model parameters

模型参数	数值	模型参数	数值
气体多变指数 $γ$	1.3	形状控制参数 $α$	190
最大剪切力 $F m$ /N	100	机轮力参数 $a 1$ / （N·m^-2）	3.5×10⁶
机轮力参数 $a 2$ / （N·m^-1）	7.3×10⁴	参数 $A 1$ / （N·s·（m·A⁴）^-1）	12.37
参数 $A 2$ / （N·s·（m·A³）^-1）	-87.63	参数 $A 3$ / （N·s·（m·A²）^-1）	158.2
参数 $A 4$ / （N·s·（m·A）^-1）	103.5	参数 $A 5$ / （N·s·m^-1）	2 566

Table 3

Fig.8

Fig.9

Fig.10

Fig.11

Table 4

Fig.12

Fig.13

Fig.14

Fig.15

Table 5

References 28

1	魏小辉. 飞机起落架着陆动力学分析及减震技术研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2005： 1-2.
	WEI X H. Dynamic analysis of aircraft landing impact and vibration attenuating techniques［D］.Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2005： 1-2 （in Chinese）.
2	杜林平，孙树民. 磁流变阻尼器在结构振动控制中的应用［J］. 噪声与振动控制， 2011， 31（2）： 127-130， 133.
	DU L P， SUN S M. Application of MR damper in structural vibration control［J］. Noise and Vibration Control， 2011， 31（2）： 127-130， 133 （in Chinese）.
3	周锡元，阎维明，杨润林. 建筑结构的隔震、减振和振动控制［J］. 建筑结构学报， 2002， 23（2）： 2-12， 26.
	ZHOU X Y， YAN W M， YANG R L. Seismic base isolation， energy dissipation and vibration control of building structures［J］. Journal of Building Structures， 2002， 23（2）： 2-12， 26 （in Chinese）.
4	王修勇，陈政清，倪一清，等. 斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术研究［J］. 中国公路学报， 2003， 16（2）： 52-56.
	WANG X Y， CHEN Z Q， NI Y Q， et al. Study of mitigating cables vibration on the cable-stayed bridges using magnetorheological（MR） dampers［J］. China Journal of Highway and Transport， 2003， 16（2）： 52-56 （in Chinese）.
5	李金海，关新春，刘敏，等. 斜拉索磁流变液阻尼器半主动振动控制系统的设计与应用［J］. 功能材料， 2006， 37（5）： 827-830.
	LI J H， GUAN X C， LIU M， et al. Design and application of MR fluid damper controlled stay-cable system［J］. Journal of Functional Materials， 2006， 37（5）： 827-830 （in Chinese）.
6	SOLIMAN A， KALDAS M. Semi-active suspension systems from research to mass-market-A review［J］. Journal of Low Frequency Noise， Vibration and Active Control， 2021， 40（2）： 1005-1023.
7	姚巨坤，江宏亮，田欣利，等. 磁流变液研究进展及其在军事领域的应用［J］. 兵器材料科学与工程， 2018， 41（2）： 103-108.
	YAO J K， JIANG H L， TIAN X L， et al. Research progress of magnetorheological fluids and its application in military field［J］. Ordnance Material Science and Engineering， 2018， 41（2）： 103-108 （in Chinese）.
8	李赵春，王炅. 火炮磁流变阻尼器试验分析与动态模型［J］. 振动与冲击， 2012， 31（1）： 64-67.
	LI Z C， WANG J. Experimental analysis and dynamic model of a magneto-rheological damper for gun recoil system［J］. Journal of Vibration and Shock， 2012， 31（1）： 64-67 （in Chinese）.
9	曹雷团，顾仲权. 带桨间磁流变阻尼器的直升机“地面共振” 开-关控制研究［J］. 南京航空航天大学学报， 2003， 35（3）： 283-287.
	CAO L T， GU Z Q. On-off control for ground resonance of helicopter using inter-connected blade magnetorheological dampers［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics， 2003， 35（3）： 283-287 （in Chinese）.
10	WANG W， XIA P Q. Adaptive control of helicopter ground resonance with magnetorheological damper［J］. Chinese Journal of Aeronautics， 2007， 20（6）： 501-510.
11	陈大伟，顾宏斌，吴东苏. 基于磁流变阻尼器的起落架摆振半主动控制［J］. 中国机械工程， 2010， 21（12）： 1401-1405.
	CHEN D W， GU H B， WU D S. Semi-active control of landing gear shimmy based on magneto-rheological（MR） damper［J］. China Mechanical Engineering， 2010， 21（12）： 1401-1405 （in Chinese）.
12	李莹，王博，祝世兴. 起落架磁流变减摆器模糊PID控制算法的研究［J］. 计算机测量与控制， 2016， 24（2）： 80-83.
	LI Y， WANG B， ZHU S X. Study on magnetorheological shimmy damper control algorithm using fuzzy PID［J］. Computer Measurement & Control， 2016， 24（2）： 80-83 （in Chinese）.
13	祝世兴，白玉. 基于起落架磁流变减震器的实验建模与控制策略研究［J］. 液压与气动， 2008（10）： 60-62.
	ZHU S X， BAI Y. Study of experimental modeling and controlling strategy on landing gear’s magnetorheological damper［J］. Chinese Hydraulics & Pneumatics， 2008（10）： 60-62 （in Chinese）.
14	贾玉红，武晓娟. 基于磁流变缓冲器的飞机起落架模糊控制［J］. 北京航空航天大学学报， 2007， 33（11）： 1264-1267.
	JIA Y H， WU X J. Fuzzy control of landing gear based on MR damper［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2007， 33（11）： 1264-1267 （in Chinese）.
15	AHURÉ POWELL L A， CHOI Y T， HU W， et al. Nonlinear modeling of adaptive magnetorheological landing gear dampers under impact conditions［J］. Smart Material Structures， 2016， 25（11）： 115011.
16	LIU X C， ZHU S X， YANG Y G. Design and drop test of aircraft landing gear’s shock absorber based on magnetorheological damper［J］. Applied Mechanics and Materials， 2014， 665： 601-606.
17	MIKUŁOWSKI G M， HOLNICKI-SZULC J. Adaptive landing gear concept—feedback control validation［J］. Smart Materials and Structures， 2007， 16（6）： 2146-2158.
18	HAN C， KIM B G， CHOI S B. Design of a new magnetorheological damper based on passive oleo-pneumatic landing gear［J］. Journal of Aircraft， 2018， 55（6）： 2510-2520.
19	KARNOPP D， CROSBY M J， HARWOOD R A. Vibration control using semi-active force generators［J］. Journal of Engineering for Industry， 1974， 96（2）： 619-626.
20	KURCZYK S， PAWEŁCZYK M. Fuzzy control for semi-active vehicle suspension［J］. Journal of Low Frequency Noise， Vibration and Active Control， 2013， 32（3）： 217-225.
21	GUO D L， HU H Y， YI J Q. Neural network control for a semi-active vehicle suspension with a magnetorheological damper［J］. Journal of Vibration and Control， 2004， 10（3）： 461-471.
22	LEE D Y， NAM Y J， YAMANE R， et al. Performance evaluation on vibration control of MR landing gear［J］. Journal of Physics： Conference Series， 2009， 149： 012068.
23	祝世兴，李永洁，王力克. 模糊控制磁流变减振器在起落架中的应用探析［J］. 液压与气动， 2007（12）： 68-70.
	ZHU S X， LI Y J， WANG L K. Analysis of application of fuzzy control MR fluid absorber in landing gear［J］. Chinese Hydraulics & Pneumatics， 2007（12）： 68-70 （in Chinese）.
24	刘晖，顾宏斌，吴东苏. 半主动控制起落架缓冲性能初步研究［J］. 航空学报， 2006， 27（5）： 864-868.
	LIU H， GU H B， WU D S. Shock-absorber performance study of semi-active control of landing gear［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2006， 27（5）： 864-868 （in Chinese）.
25	YOON J Y， KANG B H， KIM J H， et al. New control logic based on mechanical energy conservation for aircraft landing gear system with magnetorheological dampers［J］. Smart Material Structures， 2020， 29（8）： 084003.
26	VIET L Q， LEE H， JANG D， et al. Sliding mode control for an intelligent landing gear equipped with magnetorheological damper［J］. Journal of Aerospace System Engineering， 2020， 14（2）： 20-27.
27	HAN C， KANG B H， CHOI S B， et al. Control of landing efficiency of an aircraft landing gear system with magnetorheological dampers［J］. Journal of Aircraft， 2019， 56（5）： 1980-1986.
28	DE VICENTE J， KLINGENBERG D J， HIDALGO-ALVAREZ R. Magnetorheological fluids： A review［J］. Soft Matter， 2011， 7（8）： 3701-3710.

缓冲器参数	数值	缓冲器参数	数值
结构限制行程/mm	136	气腔初始体积/mL	450
缓冲器内径/mm	63	磁流变液充填体积/mL	690
压气面积/mm²	3 117	气腔初始压力/MPa	0.1
活塞面积/mm²	3 117	限流器油孔总面积/mm²	219

磁流变液特性	数值
组成成分/%vol	铁磁颗粒25% 烃类油75%
密度（室温）/（g·mL^-1）	2.65
使用温度/℃	40~130
室温零场黏度/（Pa·s）	≤1.0

控制方法	载荷峰值/kN	缓冲效率/%	载荷减缓率/%
未通电	4.65	72.1
前馈控制	4.48	75.2	3.7
开关控制	4.25	79.8	8.6

工况	控制方法	载荷峰值/kN	缓冲效率/%	载荷减缓率/%
工况1	未通电	6.23	69.6
	前馈控制	6.20	70.2	0.5
	开关控制	5.68	78.3	8.8
工况2	未通电	6.38	67.6
	前馈控制	6.26	68.6	1.8
	开关控制	5.72	77.8	10.3

[1]	Yunwen FENG, Da TENG, Cheng LU, Rui WANG, Junyu CHEN. Integrated mechanism and generative adversarial surrogate modeling for aircraft systems reliability evaluation [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(7): 230948-230948.
[2]	Hong NIE, Xiaohui WEI, Ming ZHANG, Yin YIN, Qiaozhi YIN, Yong WANG. Research progress on nonlinear dynamic stability of aircraft landing system [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(5): 531229-531229.
[3]	Wenlong LI, Bo WU, Shuai XIE. Technology of wing load measurement for wing-body integrated structure with landing gear layout [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(1): 229525-229525.
[4]	Chenghao GUO, Jinsong YU, Yue SONG, Qi YIN, Jiaxuan LI. Application of digital twin⁃based aircraft landing gear health management technology [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(11): 227629-227629.
[5]	ZHAO Kun, LIANG Junbiao, Ivan BELYAEV, Victor KOPIEV, Gareth BENNETT. Review of civil airplane landing gear noise study and its control approaches [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2022, 43(8): 26996-026996.
[6]	DU Xiaoqiong, LI Bin, LUO Linyin. Braking vibration behavior of high strut landing gear of amphibious aircraft [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2022, 43(6): 526199-526199.
[7]	LIU Xiaochuan, LIU Chongchong, MOU Rangke. Research progress on shimmy dynamics of aircraft landing gear systems [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2022, 43(6): 527063-527063.
[8]	LI Yueming, LI Xiaoyun, CHAI Yijun, YANG Xiongwei. Dynamic response analysis of nose landing gear in aircraft new towing and taxiing mode [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2022, 43(6): 526915-526915.
[9]	LI Yueming, LI Xiaoyun, CHAI Yijun, YANG Xiongwei. Dynamic response analysis of nose landing gear in aircraft new towing and taxiing mode [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2022, 43(6): 526915-526915.
[10]	YAN Rong, HE Yiwen, LI Kaixiang, LI Peng, MU Rangke, SHI Aiming. Improved formula for prediction of self-sustained oscillation frequencies of bay-opening cabin with landing gear [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2022, 43(12): 226140-226140.
[11]	YANG Yixin, YIN Yin, NIE Hong, WEI Xiaohui. Strut locking mechanism design for landing gear based on bifurcation theory [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2020, 41(11): 223958-223958.
[12]	LIANG Yong, CHEN Yingchun, ZHAO Kun, SUN Jing, LU Xiangyu, ZHAO Yu. Test on suppression of aircraft landing gear/bay coupling noise using sawtooth spoiler [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2019, 40(8): 122932-122932.
[13]	DU Jinzhu, MENG Fanxing, LU Xuefeng. Criteria for evaluation of landing gear drop test based on energy method [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2018, 39(4): 221375-221375.
[14]	WU Jing, HU Guocai, LIU Quan, LIU Xiangyi. Optimal design for landing gear stiffness and damping based on helicopter ground resonance requirements [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2018, 39(12): 222027-222027.
[15]	FANG Xingbo, NIE Hong, ZHANG Zhao, WEI Xiaohui, ZHANG Ming. Dynamic response analysis on carrier-based UAV considering catapult shuttle mass [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2018, 39(12): 222237-222237.

Experimental research on drop loading alleviation using on⁃off control for magneto⁃rheological landing gear

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