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系統識別號 U0002-2501201012154500
中文論文名稱 輕型運動航空載具複合材料主起落架負載分析
英文論文名稱 Analysis load on Composite material main landing gear of Light-Sport aircraft
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 98
學期 1
出版年 99
研究生中文姓名 簡銘熹
研究生英文姓名 Ming-Hsi Chien
學號 697430154
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-01-12
論文頁數 90頁
口試委員 指導教授-陳步偉
委員-沈坤耀
委員-張永康
中文關鍵字 輕型運動航空載具  起落架  複合材料  有限元素法 
英文關鍵字 Light-sport aircraft  Landing gear  Composite material  Finite Element 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 複合材料在航太產業上之應用由二次大戰演變至今,使用比例由不超過1%到現今波音(Boeing )787複合材料使用比例高達50%;主要因為近年來油價高漲使飛機製造商都在尋找方法以使飛機更省油,而複合材料就是解決辦法之一。節省燃油代表飛機可以承載更多的貨物或乘客,使航空公司減少燃料方面成本支出,由此可見複合材料未來在航太產業扮演著舉足輕重角色。
本文主要研究輕型運動載具上之鋁合金6061-T6起落架更換成玻璃纖維複合材料的起落架之力學模擬分析,使用有限元素軟體ANSYS、LS-DYNA與HyperMesh,進行輕航機主起落架靜態、動態的模擬,並整理現今航空複合材料法規與輕型運動載具法規,將法規的負載與下降速度定為模擬的邊界條件之一。分別使用CH 701設計之最大降落重量450 kg與FAR Part 1的最大起飛重量600 kg作為負載,使用於靜態、動態模擬,於動態模擬中降落速度分別以降落角度3°時垂直向下速度1m/s與5°時垂直向下速度1.57 m/s。在動態模擬結果利用動能-位能的變化、沙漏形變能、滑動能來驗證動態模擬的可靠性,再由原本的降落角度3°提高至降落角度上限的5°,觀察鋁合金與玻璃纖維複合材料起落架的應力、應變之變化。靜態模擬結果顯示玻璃纖維複合材料比鋁合金應力減少5%,應變減少30%,重量減輕8%,且兩種材料皆無損壞。鋁合金動態模擬結果負載450 kg下降速度於1.5m/s時產生塑性變形,而玻璃纖維複合材料皆無超過其材料可承受之應力與應變。並且建立鋁合金與複合材料起落架的模擬平台,以提供往後輕型航空運動載具設計分析的參考。
英文摘要 The application of composite material on the aerospace industry begin WWII, the percentage from not more than 1% to the newly aircraft Boeing 787 nearly 50% of aircraft structure using the composite material. Recently, cause of the fuel price increased, the aircraft manufacture to search for the new method decrease the aircraft fuel consumption. Using composite material is the method one of the method to solve the question. Decrease the fuel consumption is mean that the airliner can carry more passengers and more cargos, make the airliner cut down the expenses of fuel consumption. Thus, the using composite material is an important of future aerospace industry.
This research is focus on the light sport aircraft main landing gear structural analysis, by change the material from using the 6061-T6 aluminum to the S-Glass fiber composite material. Using finite element method to analysis the difference material of the main landing gear on the static and dynamic condition. And study the relative aviation composite regulations and light sport aircraft regulations, some of the boundary condition is connect with these regulations, for intense, the payload is use the light sport aircraft regulations. Verify the reliable of the dynamic simulation observe the change between dynamic energy and internal energy, hourglass energy and sliding energy. Then increase the glide slope angle for 3°and 5°, observe the difference between aluminum and composite material main landing gear stress, strain and energy change, the static result shows that composite material stress decrease 5%, strain decease 30%, weight decrease 8%, and establish the reliable simulation platform. Provide the data for light sport aircraft design and analysis.
論文目次 摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章、緒論 1
1.1 前言 1
1.2 複合材料在航太產業的發展 2
1.3 研究目的及方法 12
第二章、文獻回顧 15
2.1 複合材料相關研究 15
2.2 法規 18
2.2.1 複合材料法規 18
2.2.2 輕航機法規 28
第三章、基礎理論 34
3.1 複合材料定義 34
3.2 有限元素法 39
第四章、起落架結構分析 41
4.1 分析流程 41
4.2 模型建立 42
4.3 邊界條件 44
4.3.1 材料參數設定 44
4.3.2 動態模擬之下降速度 45
4.3.3 負載 45
4.4 靜態模擬 46
4.4.1 靜態模擬ANSYS設定 47
A 元素設定 47
B 網格建立 48
C 負載設定 48
4.4.2 靜態模擬結果 50
4.5 動態模擬 61
4.5.1 動態模擬設定 62
4.5.2 動態模擬結果 64
4.6 結果討論 72
第五章、結論 78
參考資料 80
附錄 論文簡要版 83

圖目錄
1-1 F-15戰機使用材料的分布3
圖 1-2 F-18戰機使用材料的分布與重量百分比3
圖 1-3 雷達吸收材料示意圖6
圖 1-4 L-1011 使用複合材料的分布圖7
圖 1-5 波音777使用複合材料的分布圖8
圖 1-6 波音787使用複合材料的分布圖8
圖 1-7 Airbus A380使用複合材料的分布圖9
圖 1-8 各年航空領域的複合材料應用情況12
圖 1-9 本研究程式流程圖概要14
圖 2-1 NH-90的Torque link16
圖 2-2 F-16起落架的drag brace16
圖 2-3 NH-90直升機起落架Trailing arm16
圖 2-4 複合材料鋁合金的應力應變圖19
圖 2-5 各機構複合材料法規的相關性21
圖 3-1 複合材料分類34
圖 3-2 依不同強化物分類表格35
圖 3-3 三種纖維複合材料之S-N Curve 37
圖 3-4 各種材料之耐衝擊能量比較圖38
圖 3-5 有限元素法流程40
圖 4-1 本研究之詳細流程圖42
圖 4-2 CH 701起落架草圖43
圖 4-3 簡化後3D起落架圖43
圖 4-4 靜態模擬流程圖47
圖 4-5 起落架完成 mesh 圖48
圖 4-6 起落架受力設定圖49
圖 4-7 起落架與機身固定設定圖49
圖 4-8 6061-T6起落架450 kg負載變形量50
圖 4-9 6061-T6起落架450 kg負載在Y軸變形量分布51
圖 4-10 6061-T6起落架450 kg負載應力分布圖51
圖 4-11 6061-T6起落架450 kg負載應變分布圖52
圖 4-12 6061-T6起落架600 kg負載變形量53
圖 4-13 6061-T6起落架600 kg負載在Y軸變形量分布53
圖 4-14 6061-T6起落架600 kg負載在應力分布圖54
圖 4-15 6061-T6起落架600 kg負載在應變分布圖54
圖 4-16 複合材料起落架450 kg負載變形量…55
圖 4-17 複合材料起落架450 kg負載Y軸變形量56
圖 4-18 複合材料起落架450 kg負載應力分布圖56
圖 4-19 複合材料起落架450 kg負載應變分布圖57
圖 4-20 複合材料起落架600 kg負載變形量…58
圖 4-21 複合材料起落架600 kg負載Y軸變形量58
圖 4-22 複合材料起落架600 kg負載應力分布圖59
圖 4-23 複合材料起落架600 kg負載應變分布圖59
圖 4-24 動態模擬流程圖62
圖 4-25 起落架動態模擬環境圖63
圖 4-26 起落架動態模擬負載64
圖 4-27 6061-T6負載450 kg之動能、位能變化65
圖 4-28 6061-T6負載450 kg沙漏形變能與內能比較66
圖 4-29 6061-T6負載450 kg滑動能變化圖66
圖 4-30 6061-T6負載450 kg撞擊應力分布圖67
圖 4-31 複合材料負載450 kg之動能、位能變化68
圖 4-32 複合材料負載450 kg沙漏形變能與內能比較68
圖 4-33 複合材料負載450 kg滑動能變化圖69
圖 4-34 複合材料負載450 kg應力分布圖69
圖 4-35 6061-T6負載600 kg之動能、位能變化70
圖 4-36 6061-T6負載600 kg撞擊應力分布圖70
圖 4-37 複合材料負載600 kg之動能、位能變化71
圖 4-38 複合材料負載600 kg撞擊應力分布圖71
圖 4-39 6061-T6負載450 kg下降速度15m/s之動能、位能變化75
圖 4-40 複合材料負載450 kg下降速度15m/s之動能、位能變化76
表目錄
表 1-1 F-22 使用材料比例4
表 1-2 各型戰機使用複合材料種類與零件5
表 1-3 NASA ACEE計畫中使用複合材料的結構與零件 7
表 1-4 各型民航機使用複合材料種類與零件10
表 2-1 複合材料法規整理22
表 2-2 FAA AC 20-107A與 EASA AMC No1 CS 25603比較26
表 2-3 各國輕航機法規整理29
表 2-4 各國法規比較33
表 4-1 本研究之鋁合金與複合材料之材料參數44
表 4-2 S-Glass fiber composite材料參數44
表 4-3 本研究使用之兩種負載46
表 4-4 鋁合金與複合材料之靜態模擬61
表 4-5  材料參數輸入比較表73
表 4-6  動態模擬鋁合金與複合材料表77
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2012-01-27公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2011-01-27起公開。


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