航空機のランディングギア設計：様々な条件下での航空機着陸のモデル構築とシミュレーション検証

本ブログでは、Modelon Impact上で航空機ダイナミクスライブラリ（Aircraft Dynamics Library）を使用した航空機のランディングギアの構築と設計についてご紹介します。

ランディングギアは航空機関連のパーツの中でも極めて重要なパーツです。ランディングギアは可能な限りコンパクトにすることが要求される一方で、着陸の過程で急な荷重が加えられたときにも機体の重量に耐えられなければなりません。これらの制御や衝撃に係る重要な項目は、Modelon Impact上でバーチャルにテストと検証を実行することができます。

航空機のランディングギアを設計

民間航空機のランディングギアを設計する場合、航空エンジニアは2つの重要な面について考慮しなければなりません。

引込機構学 －航空宇宙エンジニアは、ランディングギアを機体内に格納できるよう、引込機構学を考慮する必要があります。航空機のランディングギアは、最大離陸重量や翼厚、エンジンサイズといった航空機システムのいくつかの制約を満たさなければならず、またこれらはすべてランディングギアの重量、サイズ、パッキンに影響します。
地上での安定性 －航空宇宙エンジニアは、タイヤと滑走路の間の相互作用を考慮する必要があります。航空機の数少ない非冗長耐荷重部品の1つであるため、様々な条件下で適切に機能することが非常に重要です。

Modelon Impact を使用することでランディングギアモデルを構築でき、設計の早期決定を促し、複雑なシステムとしての航空機を妥当なコストで研究が可能です。

ランディングギアコンポーネントのモデル化とシミュレーション

Modelon Impact に統合された航空機ダイナミクスライブラリを使用すると、航空機設計最適化プロセスにランディングギアシステムを含めることができます。Modelicaベースのライブラリは、弊社のすべてのモデルライブラリに存在するパラダイムと同様、サブシステム間の高レベルの機能と相互作用を定義するテンプレートとインターフェイスを備えています。この階層的なテンプレート構造により、定義済みのコンポーネントと車輪、ボギー、さらには完全なランディングギアなどのプレースホルダと置き換えることが可能です。航空機ダイナミクスライブラリには、ランディングギアのテンプレートに適用できる既成のパーツを用意してあり、これらを起点としてカスタムコンポーネントを定義することで利用できます。

Aircraft Landing Gear Retracting in Modelon Impact — Modelon Impact上でランディングギアの格納を検証

ランディングギアの格納シミュレーションでは、Modelon Impact で作成されたタンデム歯車モデルの3つのデュアルホイールを使用します。そこで、標準の歯車テンプレートのリンケージ、ダンパ、およびボギーのプレースホルダにモデルを設定します。ダンパ特性は、1次元の力要素（線形ばねとダンパ）で追加され、簡単にパラメータ化された力応答を提供します。これは、特定解析のためにより詳細なものを必要とする場合、たとえばランディングギアへのコンプライアンス要素の追加など、より洗練されたモデルに簡単に変更できます。シグナルインターフェースを追加することで、リンケージを伸縮できるようになります。

ランディングギアテンプレートは、オプションの航空機サイズモデルと使用するように用意されています。このモデルのジオメトリが航空機内の他のジオメトリ設計に影響を与え、そして影響も受けます。

Modelon Impactでの3Ｄアニメーション

Modelon Impact では、様々な条件での航空機の離着陸に関するあらゆるシナリオを網羅したシミュレーションを実行できます。モデルは、ブレーキ制御、フロントギアステアリングシステム、ギアポジショニング、安定性に関する動的または静的解析など様々な調査業務に再利用することが可能です。Modelon Impactに組込まれた3D視覚化機能により、シミュレーションが性格であることをすばやく視覚的にフィードバックできます。

例えば、ここで、ランディングギアのパーツは、航空機の1つのランディングギアが部分的にしか伸びていない着陸時の動的シミュレーションで解析したとします。シミュレーションは、このシナリオでブレーキを制御し、車両の安定性を維持することが可能であることを示しています。