Abstract




 
   

IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 29, No. 2 (February 2016) 137-144    Article Under Final Proof

downloaded Downloaded: 488   viewed Viewed: 2938

  MATHEMATICAL MODEL AND VIBRATION ANALYSIS OF AIRCRAFT WITH ACTIVE LANDING GEAR SYSTEM USING LINEAR QUADRATIC REGULATOR TECHNIQUE
 
A. Toloei, E. Aghamirbaha and M. Zarchi
 
( Received: November 26, 2015 – Accepted: January 26, 2016 )
 
 

Abstract    This paper deals with the study and comparison of passive and active landing gear system of the aircraft and dynamic responses due to runway irregularities while the aircraft is taxying. The dynamic load and vibration caused by the unevenness of runway will result in airframe fatigue, discomfort of passengers and the reduction of the pilotís ability to control the aircraft. One of the objectives of this paper are to obtain a mathematical model for the passive and active landing gears for full aircraft model. The main porpuse of current paper is to design Linear Quadratic Regulator (LQR) for active landing gear system that chooses damping and stiffness performance of suspension system as control object. Sometimes conventional feedback controller may not perform well because of the variation in process dynamics due to nonlinear actuator in active control system, change in environmental conditions and variation in the character of the disturbances. To overcome the above problem, this research designs a controller for a second order system based on Linear Quadratic Regulator. The performance of active system is compared with the passive landing gear system by numerical simulation. The results of current paper in compared with the previous work mentioned in reference, demonstrate 37.04% improvement in body acceleration, 20% in fuselage displacement and 13.8% in the shock strut travel. The active landing gear system is able to increase the ride comfort and good track holding by reducing the fuselage acceleration and displacement and load induced to airframe caused by runway excitation.

 

Keywords    Linear Quadratic Regulator Controller, Full Aircraft Model, Active Landing Gear System, Suspension System

 

چکیده    این مقاله به بررسی و مقایسه پاسخ دینامیکی هواپیما با سیستم ارابه فرود فعال و غیر فعال به سبب بی نظمی باند در حالت تاکسی هواپیما می­پردازد. باردینامیکی و ارتعاشی بر اثر ضربه فرود و ناهمواری باند به خستگی بدنه، ناراحتی مسافران و کاهش توانایی خلبان برای کنترل هواپیما منجر خواهد شد. یکی از اهداف این مقاله به دست آوردن یک مدل ریاضی برای ارابه ­فرود فعال و غیر فعال برای مدل هواپیمای کامل است. هدف اصلی مقاله حاضر طراحی تکنیک های تنظیم کننده خطی درجه دوم برای سیستم ارابه فرود فعال است که عملکرد میرایی و سختی سیستم تعلیق را به عنوان هدف کنترلی انتخاب می کند. گاهی اوقات کنترلر فیدبک معمولی به دلیل تغییر در دینامیک فرآیند با توجه به محرک غیر خطی در سیستم کنترل فعال، تغییر شرایط محیطی و تغییر در خصوصیات اغتشاشات نمی تواند عملکرد خوبی داشته ­باشد. برای غلبه بر مشکل فوق، این تحقیق یک کنترل کننده برای یک سیستم مرتبه دوم را طراحی می کند. عملکرد سیستم فعال با سیستم ارابه فرود غیرفعال از طریق شبیه سازی عددی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج مقاله حاضر در مقایسه با کار قبلی اشاره شده در مرجع نشان می­دهد 37.04% بهبود در شتاب بدنه، 20% در جابه­جایی بدنه و 13.8% در کورس ضربه­گیر دارد. با سیستم ارابه فرود فعال به طور قابل توجهی راحتی مسافر و کیفیت هدایت خلبان با کاهش شتاب بدنه، کاهش جابجایی عمودی بدنه و نیروی وارد بر بدنه هواپیما ناشی از اغتشاش باند افزایش یافته است.

References   

 

1.     Currey, N.S., "Aircraft landing gear design: Principles and practices, Aiaa,  (1988).

2.     McGehee, J.R. and Carden, H.D., Analytical investigation of the landing dynamics of a large airplane with a load-control system in the main landing gear. DTIC Document. (1979),

3.     Wignot, J.E., Durup, P.C. and Gamon, M.A., Design formulation and analysis of an active landing gear. Analysis, AFFDL-TR,  Vol.I.- (1998) 71-80.

4.     Binti Darus, R., "Modeling and control of active suspension for a full car model", Faculty of Electrical of Engineering University Technology Malaysia,  Vol. 2,.(1971) 26-54

5.     Freymann, R., "An experimental-analytical routine for the dynamic qualification of aircraft operating on rough runway surfaces", AGARD R-731,  (1987).

6.     Shepherd, A., Catt, T. and Cowling, D., "The simulation of aircraft landing gear dynamics", in ICAS, Congress, 18 th, Beijing, China, Proceedings. Vol. 2, (1992), 1317-1327.

7.     Horta, L.G., Daugherty, R.H. and Martinson, V.J., "Modeling and validation of a navy a6-intruder actively controlled landing gear system", AGARD Report  (1999).

8.     Catt, T., Cowling, D. and Shepherd, A., "Active landing gear control for improved ride quality during ground roll", Smart Structures for Aircraft and Spacecraft (AGARD CP 531), Stirling Dynamics Ltd, Bristol,  (1993).

9.     Toloei, A.R., Zarchi, M. and Attaran, B., "Application of active suspension system to reduce aircraft vibration using pid technique and bees algorithm", International Journal of Computer Applications,  Vol. 98, No. 6, (2014).

10.   Sivakumar, S. and Haran, A., "Mathematical model and vibration analysis of aircraft with active landing gears", Journal of Vibration and Control,  Vol. 21, No. 2, (2015), 229-245.





International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir