UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI
FEDERICO II
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA
FINAL DISSERTATION
Numerical analysis for static and dynamic behavior of a fixed
landing gear for a new general aviation aircraft
Napoli, 19 October 2011
Abstract
An approach for designing, modelling and simulating fixed landing gear systems is
presented.
In detail the certified landing gear configuration has a retractable system and the object of
this work is to describe all research activities carried out in Oma Sud in order to install and
certify a fixed landing gear that permits to obtain a more simplicity configuration with
consequent weight saving and lightly assembly and maintenance.
Through the static analysis (by means of Finite Element Model MSC Patran/Nastran) the
distribution of width and thickness has been frozen.
Considering that the certification of a landing gear consist of the execution of a drop test
campaign a leaf spring multi‐body model has been carried out with MSC Adams. The tyre
characteristics have been considered in this model and after several iterations a final
configuration for drop test has been identified (drop weight, tire‐road friction, leaf spring
and tyre deflections and pressure tyre).
Fixed landing gear
Kinematic
Analysis
• Weight reduction
• Lower maintenance costs • Lower cost of manufacturing and assembly Static and dynamic
analysis
Design
Landing gear
Ground loads
analysis
Calcolo carichi
Scelta spessore
Spessore primo tentativo
FEM Stress Analysis
Fatica
Considerazioni
geometriche
   max am
Vita infinita
NO
SI
Matrice di Rigidezza FEM
NO
Fattore di carico/deformata
(Analisi Dinamica)
Congelamento della
configurazione
Modello Finale
Static analysis: F.E.M.
Deformazione
RAY
R AX
R BX
RAZ
Reazioni
RBZ
Von Mises
LIMIT LOAD @LL
Deformaz. balestra [mm]
z
y
Vertical
156
134
Vertical,Drag
157
134
Stress max [Kg/mm2]
Von Mises
MS
ULTIMATE LOAD @UL
Deformaz. balestra [mm]
Reazioni
[Kg]
RAX
RAY
RAZ
RBX
RBZ
66.7 0.83
0
525
4210
0
6687
67.1 0.82
1540
525
4210
2430
6657
z
y
Vertical
262
184
Vertical,Drag
263
185
Stress max
[Kg/mm2]
Von Mises
MS
Reazioni
[Kg]
RAX
RAY
RAZ
RBX
RBZ
104 0.32
0
787
6680
0
10367
105 0.30
2330
787
6680
3660 10353
Testing Machine
Column
Basket
Bearing
Bearing
Test Article
Torre di caduta
Cestello
Analysis model: Simple model
W
R=K∙Y
Superficie alare S [m2]
16,8
Portanza/peso L
0,66
Altezza di caduta h [mm]
439
Peso max all'atterraggio WL [Kg]
1895
Pressione Vs Fattore di carico
n
[Kg]
3,45
3,40
3,35
3,30
3,25
3,20
3,15
3,10
3,05
3,00
2,95
2,90
Pressione Vs Massa equivalente
750
745
740
735
730
725
720
715
710
705
700
20
30
40
50
60
70
80
90 [Psi] 100
20
30
40
50
60
70
80
90 [Psi] 100
Dynamic analysis: MSC Adams drop test simulation
Fattore di carico Vs spessore
Deformazione Vs spessore
4.0
n [g]
3.5
Spessore 30mm
3.0
Spessore 20mm
Spessore 17.5mm
2.5
Deformazione [mm]
4.5
340
320
300
280
260
240
Spessore 30mm
Spessore 20mm
220
200
180
Spessore 17.5mm
160
140
2.0
0
50
100
150 200
250 300
Altezza di caduta [mm]
350 400
0
50
100
150
200
250
300
Altezza di caduta [mm]
350
400
Dynamic analysis: MSC Adams drop test simulation
Tipo di lubrificazione
Altezza di caduta h [mm]
∆ µ=0,2
▲ µ=0,03
∆
▲
∆
▲
∆
▲
∆
▲
Fattore di carico n sper/num
Delta n sper/num
3.4‐‐‐3.3
2.8‐‐‐3.4
4.4‐‐‐3.9
3.3‐‐‐3.9
4.2‐‐‐4.1
3.8‐‐‐4.4
4.5‐‐‐4.9
4.5‐‐‐4.5
0,1
‐0,6
0,5
‐0,6
0,1
‐0,6
‐0,4
0
200
"
300
"
400
"
470
"
Numerico Vs
Sperimentale:
nj in funzione di h…
n
6
4,4
3,8
3,9
3,3
3,4
2,8
4,8
4,5
n
Numerico
1
150
200
250
300
350
400
450
500 h
Numerico Vs
Sperimentale:
nj in funzione di h (µ=0.2)
6
n
Load factor
4,4
3,9
3,4
3,3
4,2
4,1
4,9
4,5
1
150
200
250
300
350
400
450
500 h
n
Numerico
Dynamic analysis: MSC Adams drop test simulation
Tipo di lubrificazione
Altezza di caduta h [mm]
∆ µ=0,2
▲µ=0,03
∆
▲
∆
▲
∆
▲
Schiacc. dTot sper/num [mm]
200
"
300
"
470
"
Delta dTot
sper/num
[mm]
n.d.‐‐‐238
n.d.‐‐‐258
300‐‐‐270
313‐‐‐292
329‐‐‐315
329‐‐‐329
n.d.
n.d.
30
21
14
0
Numerico Vs
Sperimentale:
d in funzione di h (µ=0.03)
400
258
d
329
329
313
292
d
Numerico
200
0
150
200
250
300 h350
400
450
500
Numerico Vs
Sperimentale:
d in funzione di h (µ=0.2)
500
400
329
315
300
270
300
d
Deformation
238
200
100
0
150
200
250
300 h 350
400
450
500
d
Numer…
Conclusions
•The distribution of width and thickness has been frozen
•Representative model of the real behavior (static and dynamic)
•Characteristic parameters:
Pressure tyre
Tire-road friction
Inclination and lubrication wedge