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研究生: 江維
Chiang, Wei
論文名稱: 有限元素法應用於無人飛機主起落架之動靜態分析
Finite Element Analysis of the Static/Dynamic Behaviors of the Main Landing Gear of Unmanned Aircraft
指導教授: 賴維祥
Lai, Wei-Hsiang
共同指導教授: 夏育群
Shiah, Yui-Chuin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 142
中文關鍵詞: 無人飛機起落架起落架設計有限元素法應力分析
外文關鍵詞: Main landing gear of UAV, static/dynamic behaviors, dropping test, FEM simulations
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  • 本研究欲設計出一無人飛機起落架系統,用於機身重量至少八公斤之無人載具,且具有可收放性之功能,並搭配CAE軟體,以有限元素分析法進行模擬,模擬包含網格收斂分析、靜態模擬與動態模擬。在設計適合的起落架前,先針對現有的起落架應用做較全面性的資料收集與分析,進而從中建立一套起落架的資料庫系統,幫助我們了解不同的飛機設計該選用何種起落架較為恰當。設計之初,考量起落架收放時各個連桿間的作動,以市售致動器作為動力來源,拉動連桿,帶動起落架之收放,針對落地時所受的衝擊設計下鎖機構,確保起落架能承受撞擊,使無人載具穩定降落,此外,對設計完成的起落架進行電腦模擬分析的評估,透過網格收斂性分析選定有效的有限元素模型,靜態模擬與動態模擬是施加邊界條件與負載於模型上,測試結構之牢固性,而動態模擬又包含收放分析、落錘模擬、觸地撞擊模擬,以驗證所選的起落架設計方式符合目前需求。完成模擬後將設計的起落架實際製作出來,驗證其收放功能與落地的抗衝擊能力,並與模擬結果互相比對,最後落錘試驗結果與模擬結果極為相似,且具有承受落地衝擊之結構強度。

    The aim of this research is to design a retractable landing gear of the unmanned aerial vehicle, which can load at least eight kilograms. The author uses CAE software based on the finite element method (FEM) to simulate the static/dynamic responses of a landing gear model built for the use of a small unmanned airplane. First, some references UAVs in use nowadays were surveyed for their types of main landing gears, from which a small database was developed. From the database, it can thus be determined to have a suitable type for the present case. The main landing gear was designed by a linkage system equipped with an actuator, where no constructive interference was present in the retracting motion. To prevent a break of phase-lock when landing, a down-lock mechanism was designed. As the last phase, the static/dynamic behaviors of the main landing gear, including the dropping test and a stress analysis, were simulated using FEM to ensure its safety of landing. From the FEM analysis, the model can be easily modified to meet different criteria. At last, the designed model was manufactured and tested for verifying the previous FEM analysis. Eventually, the test results showed consistency in quality when compared with the FEM simulations.

    目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 VI 目錄 VII 表目錄 XI 圖目錄 XII 第1章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究動機 2 1-3 文獻回顧 3 1-4 研究目的與方法 7 1-4-1起落架機構設計 8 1-4-2資料收集 9 1-4-3有限元素分析法介紹 9 1-4-4有限元素法理論分析 10 1-4-5有限元素法軟體應用 13 1-4-6 馮麥斯應力(Von Mises stress) 16 1-4-7靜態模擬 16 1-4-8動態模擬 17 1-4-9實際製作與驗證模擬 18 第2章 飛機起落架設計與分析 19 2-1 設計概念 19 2-1-1起落架設計流程 19 2-1-2不同構型起落架特色分析 21 2-1-3 資料蒐集 25 2-2 機構設計 33 2-3 材料選擇與分析 41 2-3-1材料介紹 41 2-3-2拉伸試驗 43 第3章 網格收斂性分析 46 3-1 各零件之網格收斂分析 49 (1)收放連桿一 49 (2)收放連桿二之一 51 (3)收放連桿二之二 53 (4)收放連桿三 55 (5)固定夾片一 57 (6)固定夾片二 59 (7)致動器一 61 (8)致動器二 63 (9)輪框 65 (10)腳座一 67 (11)腳座二 69 (12)腳座三 71 3-2 網格收斂分析結論 73 第4章 靜態分析 74 4-1 靜態模擬前處理 74 4-2 靜態模擬結果討論 79 第5章 收放分析 84 第6章 落錘分析 86 6-1 落錘分析設定步驟 86 6-2 動態模擬之前處理設定方法 87 6-2-1 輪胎材料性質設定 88 6-2-2 輪胎材料設定及指定 89 6-2-3 材料座標設定 92 6-2-4 Fluid cavity設定 95 6-3 邊界條件及負載設定 97 6-4 落錘分析結果討論 103 第7章 觸地撞擊分析 108 7-1 觸地撞擊參數設定 108 7-2 觸地撞擊結果討論 110 第8章 製作驗證 119 8-1 模具製作 119 8-2 起落架製作組裝 120 8-3 落錘試驗與結果討論 127 第9章 結論 133 9-1 起落架機構設計評估 133 9-2 起落架機構與零件網格最佳化分析結果 134 9-3 起落架收放分析結果討論 135 9-4 起落架落錘分析結果討論 135 9-5 起落架觸地撞擊分析結果討論 136 9-6 製作驗證結果討論 137 9-7 未來工作 138 參考文獻 140

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    下載圖示 校內:2021-07-01公開
    校外:2021-07-01公開
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