臺灣博碩士論文加值系統

本研究藉由有限元素法建立分析輕型運動航空載具關鍵性組件的負載能力，以降低發展設計輕型運動航空載具過程中的開發時間。藉由以Zenith STOL CH 701的主起落架作為模擬測試對象，建立以有限元素分法為基礎的靜態及動態掉落測試，並以此動靜態模擬測試環境分析STOL CH 701 起落架結構，取得並討論在動態及靜態負載下測試的結果。本研究藉由一系統化分析流程，由原始設計資料，在簡化幾何外型後建立起落架有限元素模型，並討論由原始設計資料、法規限制、負載狀況，建立在邊界條件的相關資料，依此完成靜態及動態模擬測試環境。比較在六面體元素（3924個元素）簡化為薄殼元素（1944個元素）的正確性後，將有限元素模型更改為薄殼元素，並由此藉由靜態模擬測試取得原始設計(T=20mm)及在更改設計參數(T)為15mm、25mm後，起落架最大負載能力：原始設計（T=20mm）為1220kg，T=15mm為700kg，T=25mm為1900kg。
在動態模擬測試方面，藉由動能-位能變化、沙漏形變、接觸狀況驗證在動態模擬測試之正確性，再藉由此動態模擬測試取得在碰撞過程中最大應力值及發現位置，並修改設計參數，比較在不同設計參數下碰撞過程中最大應力狀況，取得在原始設計下最大應力276MPa及T=15mm時最大應力281MPa、T=25mm時最大應力275 MPa，驗證原始設計參數為較適合的設計參數。本研究所建立之分析流程及在靜態、動態下分析結果驗證方式及結果，可作為相關業者及研究者在開發及分析輕型運動航空載具過程中一個重要的參考。

This research dependent on Finite Element Method to building up analyzing ability of light sport aircraft critical parts loading capability to reduce exploitation time of developing light-sport aircraft design. By using the main landing gear of Zenith STOL CH 701 as simulate test object, construct the static analyze and dynamic drop test base on the Finite Element Method, and use the static/dynamic tests to analyze landing gear structure of STOL CH 701, obtain and discuss the results under the static/dynamic tests. This research use a systematize analyze process, construct the finite element model after reduce the geometry under the original design data, and discuss original design data, rule constrain, loading condition to construct the data of boundary condition, accord these discuss to finish the static/dynamic simulate test environment. After compare and verify the hexahedral element (3924 elements) and reduce it to shell element ( 1944 elements) ,change the finite element model to shell element, and use the static test obtain original design (T=20mm) and modify the design parameter to 15mm, 25mm, landing gear maximum loading ability: original design (T=20mm) is 1220kg, T=15mm is 700kg, T=25mm is 1900kg. In dynamic simulate test, verify the accuracy by the changes of dynamic energy and internal energy, hourglass deform, contact state. After, use this dynamic simulate test obtain the maximum stress and position during crash process, modify the design parameter and compare the maximum stress, detect the maximum stress is 276 MPa under the original design and T=15mm, maximum Stress is 281 MPa, T=25mm, maximum stress is 275 MPa, verify the original design parameter is appropriate design parameter. This research construct analyze process and verify method and result, provide an important reference to related industry and researcher in the process of developing and analyzing light-sport aircraft.

目錄
中文摘要..........I
英文摘要........II
目錄...........IV
圖目錄..........VI
表目錄..........VIII
第一章、緒論........1
1-1 前言.............................1
1-2 研究動機與目的.................10
1-3 文獻回顧.......................12
1-4 研究方法.......................14
第二章、輕航載具起落架系統...........................16
2-1 航空載具系統.........................16
2-2 輕型運動航空載具系統.................16
2-2-1 輕型運動航空載具動力系統....................................18
2-2-2 輕型運動航空載具電力系統........19
2-2-3 輕型運動航空載具航電系統.......19
2-2-4 輕型運動航空載具控制系統....20
2-2-5 輕型運動航空載具結構系統.....20
2-3 輕型運動航空載具起落架結構..........21
2-3-1 起落架配置形式...........21
2-3-2 起落架結構種類.................24
第三章、理論基礎................26
3-1 主起落架靜態負載...................26
3-2 主起落架動態負載........................29
3-2-1 著陸狀況........................29
3-2-2 下降速度...................30
3-3 主起落架負載分析......................32
3-4 有限元素法及LS-DYNA.................34
第四章、起落架結構分析................................37
4-1 分析流程......................................37
4-2 起落架模型建立及網格化................39
4-3 邊界條件....................................42
4-3-1 模擬環境..............................42
4-3-2 材料參數................................44
4-3-3 負載狀況.............................45
4-4 靜態負載分析................................45
4-5 動態負載分析................................50
第五章、結論................................62
5-1 研究結果與討論....................62
5-2 未來研究方向與建議.....................63
參考資料...................64
附錄一 論文簡要版.........................................66


圖目錄
圖 1-1 ICAO Annex7分類表..........................3
圖 1-2 AOPA對General Aviation 之分類................4
圖 1-3各類航空器驗證之分類..............................7
圖 1-4 分析流程圖.....................16
圖 2-1 輕型運動航空載具系統分類........................18
圖 3-1 負載示意圖.................................27
圖 3-2 下降速率機率分佈............................31
圖 3-3 懸臂樑支架形變示意圖...........................33
圖 3-4 懸臂樑問題示意圖...............................34
圖 3-5 懸臂樑受力形變前後示意圖...................34
圖 4-1 分析流程圖...........................38
圖 4-2 起落架模型.................................39
圖 4-3 起落架模型網格化..............................39
圖 4-4 簡化後模型.......................................40
圖 4-5 起落架主結構網格化.............................41
圖 4-6 以薄殼網格化....................................41
圖 4-7 STOL CH 701 起落架結構設計圖.......................42
圖 4-8 靜態邊界條件....................................43
圖 4-9 動態邊界條件................................44
圖 4-10 簡化前六面體元素應力分佈...................46
圖 4-11 簡化為薄殼元素應力分佈......................46
圖 4-12 重量-最大應力關係圖 (T=20mm) ........47
圖 4-13 重量-最大應變關係圖 (T=20mm) .........48
圖 4-14 重量-最大應力關係圖（綜合）.................49
圖 4-15 重量-最大應變關係圖（綜合）.................49
圖 4-16 動態模擬模型示意圖......................51
圖 4-17 動能、內能能量變化.........................52
圖 4-18 單點積分沙漏形變能、滑動能變化.........53
圖 4-19 四點積分沙漏形變能變化......................53
圖 4-20 衝擊應力分佈 (1) ........................55
圖 4-21 衝擊應力分佈 (2) ................................55
圖 4-22 衝擊應力分佈 (3) .................................56
圖 4-23 衝擊應力分佈 (4) ...........................56
圖 4-24 衝擊應力分佈 (5) .............................57
圖 4-25 衝擊應力分佈 (6) .........................57
圖 4-26 衝擊應力分佈 (7) ..........................58
圖 4-27 衝擊應力分佈 (8) ..........................58
圖 4-28 衝擊應力分佈 (9) ...........................59
圖 4-29 衝擊應力分佈 (10) .........................59
圖 4-30 衝擊應力分佈 (11) ........................60


表目錄
表 1-1 AOPA 載具分類列表.........................5
表 1-2 特種類適航檢定證之分類......................8
表 3-1 吸震效率/係數.....................................31
表 4-1 鋁合金 6061-T6材料參數.........................44
表 4-2 結構能量誤差................................47
表 4-3 衝擊最大應力比較...............................60

[1] 超輕航空載具製造發展研討會，台北，台灣，Aug. 12, 2005
[2] 航空運動休閒產業發展與驗證研討會，淡水，台灣，Oct. 31, 2002
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[14] Jan Roskam, (1986), Airplane Design, Roskam Aviation, Ottwa, Kansas.
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[16] Design Standards for Advanced Ultra-Light Aeroplanes, Light Aircraft Manufacturers Association of Canada, DS 10141E Amendment 002, 2001
[17] FAR § 21.190 Issue of a special airworthiness certificate for a light-sport category aircraft.
[18] Amateur-Built Aircraft and Ultralight Flight Testing Handbook, AC 90-89A, 1995
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[20] ROTAX 912，http://www.rotax-aircraft-engines.com/a_engine_912.htm
[21] Darrol Stinton, (2001), The Design of The Airplane Second Edition
[22] Jan Roskam, (1986), Airplane Design, Part IV: Layout of Landing Gear and Systems, Roskam Aviation, Ottwa, Kansas.
[23] Livemore Software Technology Corp.，http://www2.lstc.com/
[24] Livemore Software Technology Corp., (1998), LS-DYNA Theoretical Manual
[25] MatWeb, http://www.matweb.com
[26] FAR § 23.725 Limit drop tests
[27] Daniel P. Raymer, (1989), Aircraft Design: A Conceptual Approach, AIAA Education Series, Washington, DC
[28] 勢流科技股份有限公司，LS-DYNA+HyperMesh訓練教材，2008