UÇAK İNİŞ TAKIMI SİSTEMLERİNDE YÜK AKTARIM MEKANİZMALARININ VE YAPISAL PERFORMANSIN ANALİZİ

Öz

Uçak iniş takımı sistemleri, inişin başlangıç aşamasında karmaşık iç kuvvet transfer mekanizmalarının iniş takımı montajının yapısal tepkisini yönettiği, son derece geçici darbe yüklerine maruz kalır. Bu geçici tepki kuvvetlerinin doğru yorumlanması, yük yeniden dağılımı özelliklerini anlamak ve çok bağlantılı iniş takımı mekanizmaları içindeki yapısal olarak kritik bölgeleri belirlemek için önemlidir. Bu çalışmada, yolcu uçağı arka iniş takımı mekanizmasının düzlemsel rijit gövde çoklu gövde dinamiği (MBD) modeli, ilk temas kaynaklı yükleme koşulları sırasında iç reaksiyon kuvveti iletim davranışını araştırmak amacıyla geliştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı, iniş takımı sisteminin tam şok emme sürecini simüle etmek değil, aksine erken çarpma aşamasında oluşan baskın yük aktarım yollarını ve geçici üye seviyesindeki tepki kuvvetlerini incelemektir. MBD modelinden elde edilen tepki kuvvetleri, daha sonra sonlu elemanlar analizi (FEA) ile ön bir yapısal değerlendirme için kullanıldı. Ana dikme, yan elemanlar ve kilitleme bağlantıları üzerinde etkili olan geçici tepki kuvveti dağılımları, iniş takımı montajı içindeki hiyerarşik yük aktarım davranışını karakterize etmek amacıyla değerlendirildi. Ayrıca, temsil niteliğindeki geçici zirve yükleme koşulları altında eşdeğer gerilme, toplam deformasyon, güvenlik faktörü ve yorulma hassasiyetine sahip bölgeler açısından titanyum ve alüminyum alaşım konfigürasyonları için karşılaştırmalı yapısal değerlendirmeler yapıldı. Sonuçlar, ana direğin ve bitişik bağlantı elemanlarının ilk temas aşamasında birincil yük aktarım yolunu oluşturduğunu, kilitleme elemanlarının ise kısa süreli darbe yeniden dağılımıyla ilişkili önemli geçici eksenel tepki kuvvetleri yaşadığını göstermektedir. Karşılaştırmalı yapısal değerlendirmeler, titanyum alaşımının konfigürasyonunun, incelenen yükleme koşulları altında alüminyum alaşım modeline kıyasla daha düşük deformasyon seviyeleri ve geliştirilmiş yapısal dayanıklılık özellikleri sağladığını göstermektedir. Sunulan çalışma, çok bağlantılı yolcu uçağı iniş takımları mekanizmalarında üye düzeyinde geçici yük aktarım davranışını ve bunun gösterge niteliğindeki yapısal etkilerini araştırmak için idealize edilmiş ancak fiziksel olarak yorumlanabilir bir çerçeve sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Uçak iniş takımı
• Çoklu cisim dinamiği
• İç yük aktarımı
• Geçici reaksiyon kuvvetleri
• Yapısal değerlendirme
• Yorulma davranışı.

ANALYSIS OF LOAD TRANSFER MECHANISMS AND STRUCTURAL PERFORMANCE IN AIRCRAFT LANDING GEAR SYSTEMS

Öz

In the first touchdown phase, aircraft landing gear systems experience highly transient impact loads. Complex internal force transfer mechanisms govern the structural response of the landing gear assembly. Accurate understanding of the transient reaction forces is important for the understanding of the load redistribution characteristics and the identification of the structurally critical regions within multi-link landing gear mechanisms.In the present study, a planar rigid-body multi-body dynamics (MBD) model of a passenger aircraft rear landing gear mechanism was developed to investigate internal reaction-force transmission behavior during loading conditions induced by initial touchdown. The main goal of the study is not to recreate the entire shock absorption process of the landing gear system but to investigate the dominant load transfer paths and transient member-level reaction forces taking place in the initial impact phase. The extracted reaction forces from the MBD model were then used for preliminary structural assessment using finite element analysis (FEA).Transient distributions of reaction forces on the main strut, lateral members, and locking links were computed in order to characterize the hierarchical load transfer behavior within the landing gear assembly. Along with the representative transient peak loading conditions, comparative structural assessments were also performed for titanium and aluminum alloy configurations considering the equivalent stress, total deformation, safety factor, and fatigue-sensitive areas.The results indicate that the main strut and adjacent linkage members are the primary load-transfer path during initial touchdown and that the locking members undergo significant transient axial reaction forces associated with short duration impact redistribution. The comparative structural assessments also reveal that the titanium alloy configuration exhibits reduced levels of deformation and enhanced structural durability attributes when compared to the aluminum alloy model under the examined loading conditions.The study offers an idealized yet physically interpretable context of member-level transient load-transfer behavior and its indicative structural implications for multi-link passenger aircraft landing gear mechanisms.

Anahtar Kelimeler

• Aircraft landing gear
• Multibody dynamics
• Internal load transfer
• Transient reaction forces
• Structural assessment
• Fatigue behavior.

Kaynakça

1. [1] Currey, N. S. (1988). Aircraft landing gear design: Principles and practices. AIAA.
2. [2] Roskam, J. (2000). Airplane design: Part IV – Layout design of landing gear and systems. DARcorporation.
3. [3] Milwitzky, B., & Cook, F. E. (1953). Analysis of landing‐gear behavior. NACA Technical Report, 1154.
4. [4] Delprete, C., Dagna, A., & Brusa, E. (2023). Model-Based Design of Aircraft Landing Gear System. Applied Sciences, 13(20), 11465. https://doi.org/10.3390/app132011465.
5. [5] Rahmani, M., & Behdinan, K. (2018). Dynamic force extraction in aircraft landing gear using multibody simulation. Journal of Aerospace Engineering, 31(4), 04018045. https://doi.org/10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000856.
6. [6] Schiehlen, W., & Eberhard, P. (2014). Applied dynamics of multibody systems. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-07335-4.
7. [7] Ghiringhelli, G. L. (2000). Testing of semiactive landing gear control for a general aviation aircraft. Journal of Aircraft, 37(4), 606–616. https://doi.org/10.2514/2.2672.
8. [8] Shabana, A. A. (2013). Dynamics of multibody systems (4th ed.). Cambridge University Press.

9. [9] Durmuşoğlu, A. (2021). Analysis and vibration control of passenger aircraft landing gear (Doctoral dissertation). Erciyes University. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/.
10. [10] Yıldırım, Ş., & Durmuşoğlu, A. (2024). Vibration analysis and control of aircraft landing systems using proposed neural controllers. Neural Computing and Applications, 36(21), 13255-13268. https://doi.org/10.1007/s00521-024-09704-z.
11. [11] Durmuşoğlu, A., & Yıldırım, Ş. (2025). Vibration Control of Passenger Aircraft Active Landing Gear Using Neural Network-Based Fuzzy Inference System. Applied Sciences, 15(19), 10855. https://doi.org/10.3390/app151910855.
12. [12] Gan, S., Fang, X., & Wei, X. (2021). Parametric Analysis on Landing Gear Strut Friction of Light Aircraft for Touchdown Performance. Applied Sciences, 11(12), 5445. https://doi.org/10.3390/app11125445.
13. [13] Eberhard, P., & Schiehlen, W. (2006). Computational dynamics of multibody systems: history, formalisms, and applications. ASME. J. Comput. Nonlinear Dynamics,1(1):3-12 https://doi.org/10.1115/1.1961875.
14. [14] Xue, Z. P., Li, M., Li, Y.-H., & Jia, H. G. (2014). A Simplified Flexible Multibody Dynamics for a Main Landing Gear with Flexible Leaf Spring. Shock and Vibration, 2014, 1–10. https://doi.org/10.1155/2014/595964
15. [15] Liu, W., & Youshan, W. (2024). Improved Multi-Body Dynamic Simulation of Landing Gear Drop Test Incorporating Structural Flexibility and Bearing Contact. Aerospace, 11(7), 543–543. https://doi.org/10.3390/aerospace11070543
16. [16] Li, F., Zhu, J., Zou, X., Pan, Z., & Chen, J. (2025). Multibody Analysis of Lever-Spring Landing Gear with Elastomer Shock Absorbers: Modelling, Simulations and Drop Tests. Aerospace, 12(5), 367.
17. [17] Gufler, V., Wehrle, E., & Zwölfer, A. (2021). A review of flexible multibody dynamics for gradient-based design optimization. Multibody System Dynamics, 53(4), 379–409. https://doi.org/10.1007/s11044-021-09802-z
18. [18] Krasoń, W., & Malachowski, J. (2015). Multibody rigid models and 3D FE models in numerical analysis of transport aircraft main landing gear. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences, 63(3), 745–757. https://doi.org/10.1515/bpasts-2015-0086
19. [19] Delprete, C., Dagna, A., & Brusa, E. (2023). Model-Based Design of Aircraft Landing Gear System. Applied Sciences, 13(20), 11465–11465. https://doi.org/10.3390/app132011465
20. [20] Patra, P. P., & Naik, J. (2022). Finite Element Analysis of Aircraft Landing Gear for Structural and Fatigue Safety. Zenodo (CERN European Organization for Nuclear Research). https://doi.org/10.5281/zenodo.6951599
21. [21] Aftab, S. G., Sirajuddin, Sreedhara, B., Ganesh, E., Babu, N. R., & Aithal, S. K. (2021). Finite element analysis of a passenger aircraft landing gear for structural and fatigue safety. Materials Today Proceedings, 54, 152–158. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.08.199
22. [22] Kang, B. H., Jo, B.-H., Kim, B.-G., Hwang, J. H., & Choi, S. B. (2023). Linear and Nonlinear Models for Drop Simulation of an Aircraft Landing Gear System with MR Dampers. Actuators, 12(7), 287–287. https://doi.org/10.3390/act12070287
23. [23] Kang, B. H., & Choi, S. B. (2024). Design, structure analysis and shock control of aircraft landing gear system with MR damper. Smart Materials and Structures, 33(5), 055049–055049. https://doi.org/10.1088/1361-665x/ad3e53
24. [24] Knowles, J. A., Krauskopf, B., Lowenberg, M. H., Neild, S. A., & Thota, P. (2014). Numerical continuation analysis of a dual-sidestay main landing gear mechanism. Journal of Aircraft, 51(1), 129-143. https://doi.org/10.2514/1.C032130.