飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題探究

肖砷宇+施曉穎

摘 要：隨著飛機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)起落架的設(shè)計(jì)與制造越來(lái)越成為飛機(jī)生產(chǎn)的關(guān)鍵部分，對(duì)于飛機(jī)的正常運(yùn)行起著越來(lái)越重要的作用。文章通過(guò)對(duì)于飛機(jī)的發(fā)展以及飛機(jī)起落架的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析，對(duì)于飛機(jī)起落架的設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討，對(duì)于飛機(jī)的高效設(shè)計(jì)制造提出了一些方法。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)起落架；關(guān)鍵問(wèn)題；設(shè)計(jì)制造

1 飛機(jī)起落架概述

起落架是飛機(jī)下部用于起飛降落或地面滑行時(shí)支撐飛機(jī)并用于地面移動(dòng)的附件裝置。作為飛機(jī)或航天器的起落支撐設(shè)備，可用于起飛或著陸。對(duì)于飛機(jī)，起落架在不飛行時(shí)支撐飛機(jī)，允許其在沒(méi)有損壞的情況下起飛、著陸和滑行。通常使用輪子，但是可以根據(jù)表面以及飛行器是垂直操作還是能夠沿著表面滑行來(lái)部署元件組合。大型飛機(jī)通常具有可伸縮起落架，其在飛行期間折疊以減小空氣阻力或阻力。對(duì)于運(yùn)載火箭和航天器著陸器，起落架通常設(shè)計(jì)成僅在飛行后支撐車輛，并且通常不用于起飛或表面運(yùn)動(dòng)。飛機(jī)起落架通常包括配備簡(jiǎn)單減震器的輪子或者更先進(jìn)的空氣型支柱，用于跑道和崎嶇地形著陸。起落架是飛機(jī)的相對(duì)較重的部分，它可以高達(dá)起飛重量的7%，但更通常為4-5%。輪式起落架通常有兩種類型，常規(guī)的或拖曳式起落架，其中有兩個(gè)朝向飛機(jī)前部的主輪和在后部的單個(gè)輪子，前三點(diǎn)式的底盤(pán)，其中在翼下方有兩個(gè)主輪或輪組件，并且在中部具有第三個(gè)小輪。尾槳裝置在早期螺旋槳飛機(jī)時(shí)代很常見(jiàn)，因?yàn)樗试S更多的空間用于螺旋槳間隙。大多數(shù)現(xiàn)代飛機(jī)有前三點(diǎn)式的底盤(pán)，有時(shí)，在帶有前三點(diǎn)式底盤(pán)的飛機(jī)上增加一個(gè)小的尾輪或防滑板，以便在起飛時(shí)發(fā)生尾部撞擊。波音747飛機(jī)有一個(gè)可伸縮的尾部輪，因?yàn)槿且盹w機(jī)起飛時(shí)需要大角度爬升。具有可伸縮的常規(guī)起落架的飛行器具有固定的尾輪，其產(chǎn)生最小的阻力，由于大部分通過(guò)尾輪的氣流已經(jīng)被機(jī)身覆蓋，甚至在某些情況下改善了偏航穩(wěn)定性。中央主機(jī)和前齒輪與機(jī)翼上的支架可以在兩側(cè)配合主起落架的收回動(dòng)作。

2 飛機(jī)起落架的結(jié)構(gòu)

2.1 減震器

通常，飛機(jī)減震器被設(shè)計(jì)為無(wú)源裝置，其特性調(diào)整到最常見(jiàn)的預(yù)期沖擊載荷。然而，在許多情況下，實(shí)際工作條件的變化如此之高，使得最佳設(shè)計(jì)的被動(dòng)減震器不能表現(xiàn)得足夠好。在各種著陸條件下影響著陸裝置的影響條件的變化是這種情況的一個(gè)很好的例子。與被動(dòng)系統(tǒng)相反，現(xiàn)在集中于能量吸收結(jié)構(gòu)元件的主動(dòng)適應(yīng)，其中傳感器系統(tǒng)識(shí)別沖擊負(fù)載的類型并且在保證沖擊能量的最佳耗散的情況下激活能量吸收部件。主動(dòng)控制是指用于確定響應(yīng)于傳感器，例如雷達(dá)或加速度計(jì)的測(cè)量輸出而產(chǎn)生的所需信號(hào)的法則的方法。該控制信號(hào)被發(fā)送到致動(dòng)器，從而施加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的機(jī)械性質(zhì)的校正，可以為預(yù)測(cè)的影響情景設(shè)計(jì)非線性材料特性的最優(yōu)分布，通過(guò)主動(dòng)控制的減震器實(shí)現(xiàn)。

2.2 伸縮結(jié)構(gòu)

飛機(jī)起落架液壓機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)起落架的伸縮控制。液壓機(jī)是使用液壓缸產(chǎn)生壓縮力的裝置，它使用液壓等效的機(jī)械杠桿，液壓機(jī)來(lái)源于Pascal原理，整個(gè)封閉系統(tǒng)中的壓力是恒定的。系統(tǒng)的一部分是用作泵的活塞，其中適當(dāng)?shù)臋C(jī)械力作用在小的橫截面積上；另一部分是具有較大面積的活塞，其產(chǎn)生相應(yīng)較大的機(jī)械力。如果泵與壓力缸分離，則僅需要小直徑管。當(dāng)任一活塞被向內(nèi)推時(shí)，由于流體是不可壓縮的，所以小活塞移動(dòng)的體積等于大活塞移置的體積。為了減少飛行中的阻力，一些起落架縮回到機(jī)翼和機(jī)身中，輪子與表面齊平或隱藏在門(mén)后面，這稱為可伸縮齒輪。如果在收回之后輪子保持突出并且部分地暴露于氣流，則系統(tǒng)被稱為半可收回的。在可伸縮的齒輪系統(tǒng)中，車輪被收起的車廂被稱為車輪井，這也可能減少貨物或燃料空間。通常提供多重冗余以防止單個(gè)故障導(dǎo)致整個(gè)起落架伸展過(guò)程失效。無(wú)論是電動(dòng)還是液壓操作，起落架通?？梢杂啥鄠€(gè)來(lái)源提供動(dòng)力。在電力系統(tǒng)故障的情況下，應(yīng)急擴(kuò)展系統(tǒng)總是可用的。

2.3 機(jī)輪和剎車系統(tǒng)

航空航天工業(yè)正在以驚人的速度發(fā)展，早些時(shí)候，飛機(jī)更多地依靠較慢的速度和草的跑道，而不是停車制動(dòng)。隨著新的和更強(qiáng)大的高速航空器的出現(xiàn)，增加了對(duì)更可靠和穩(wěn)健的制動(dòng)系統(tǒng)的需求，制動(dòng)系統(tǒng)將確保最小停止距離，容易操縱飛行器和更好的散熱。剎車系統(tǒng)主要包括多個(gè)相互作用的元件，例如盤(pán)式制動(dòng)器、推力反向器、空氣制動(dòng)器和擾流器。盤(pán)式制動(dòng)器通過(guò)摩擦將多余的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱量。推力反向器重定向氣流，以便沿與飛行行程的方向相反的方向增加推力，從而輔助車輛的減速。減速器和空氣制動(dòng)器是有助于增加阻力的結(jié)構(gòu)。

3 飛機(jī)起落架的設(shè)計(jì)

前三點(diǎn)式起落架，采用前三點(diǎn)式起落架，與自行車式后三點(diǎn)式相比前三點(diǎn)式具有結(jié)構(gòu)重量適中，前方視界、地面滑行穩(wěn)定性、起飛抬前輪、起飛過(guò)程中的操作、著陸接地的操作性能好，著陸速度使用的發(fā)動(dòng)機(jī)不限的特點(diǎn)。受力系統(tǒng)在放下位置借助承力鎖來(lái)保證幾何不變性，該鎖將起落架的承力桿或梁直接固定在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上；收放作動(dòng)筒不是受理系統(tǒng)承力桿；這種受力形式的下鎖位承受很大的地面載荷，其變形等可能影響鎖的可靠性，從而降低起落架收放的可靠性。故用此種形式時(shí)，對(duì)起落架收放的可靠性應(yīng)予以充分注意，可靠性設(shè)計(jì)和試驗(yàn)均應(yīng)考慮地面載荷。這一類起落架在機(jī)體內(nèi)所占的空間較小。

減震器參數(shù)確定。（1）飛機(jī)下沉速度。減震器的行程取決于飛機(jī)下沉速度（接地時(shí)的垂直速度）、減震材料和接地時(shí)機(jī)翼升力。不同類型飛機(jī)的下沉速度（vV）不同：陸基飛機(jī)為3m/s，垂直起落飛機(jī)為4.5m/s，艦載飛機(jī)為6～7m/s。（2）起落架過(guò)載。飛機(jī)垂直速度的減速率稱為起落架過(guò)載，其決定了由起落架傳到機(jī)體上的載荷的大小，影響結(jié)構(gòu)重量和乘員/旅客的舒適性。不同類型飛機(jī)，起落架過(guò)載（ng）不同：大型轟炸機(jī)為2～3，商用飛機(jī)為2.7～3，通用航空飛機(jī)為3，空 軍戰(zhàn)斗機(jī)為3～4，海軍戰(zhàn)斗機(jī)為5～6。前三點(diǎn)式起落架的缺點(diǎn)是自由偏轉(zhuǎn)的前支柱可能出現(xiàn)振幅越來(lái)越大的自激振蕩現(xiàn)象。

4 總結(jié)與展望

為了將飛機(jī)的作用能效最大地展現(xiàn)出來(lái)，優(yōu)化航空工業(yè)的工作效率與高質(zhì)量產(chǎn)能，需要加強(qiáng)管理，利用專門(mén)人才、高新技術(shù)來(lái)加強(qiáng)飛機(jī)起落架的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，這也是航空工業(yè)的工作重心之一。在飛機(jī)的運(yùn)行維護(hù)中，飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)技術(shù)起到了舉足輕重的作用，結(jié)合實(shí)時(shí)的信息與數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)地、有針對(duì)性地對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化分析，飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)技術(shù)將會(huì)是未來(lái)航空制造工程的一只尖兵。通過(guò)相關(guān)開(kāi)發(fā)部門(mén)和技術(shù)人員的共同努力，航空工業(yè)將會(huì)有著長(zhǎng)足的發(fā)展。大型飛機(jī)的設(shè)計(jì)與制造得到保障，才能更好地為國(guó)民生活而服務(wù)，同時(shí)，對(duì)于我國(guó)航空工業(yè)的發(fā)展也具有深遠(yuǎn)的意義與價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：肖砷宇（1987，12-），性別：男，民族：漢，籍貫：陜西西安。當(dāng)前職務(wù)：軍代表。當(dāng)前職稱：助理工程師。學(xué)歷：本科，作者單位：海軍駐閻良地區(qū)航空軍事代表室。