【飞机构造学】第四章飞机起落架系统

轴承
浮动式阻尼阀 排油管及排油阀
油气式缓冲支柱的工作过程
压缩行程
• 动能转换为气体压缩能和热耗散
伸张行程
• 气体压缩能转换为飞机位能和热耗散
重复压缩、伸张行程直至着陆撞击动能全被耗散掉。
工作原理
利用气体压缩吸收着陆撞击动能减小撞击力； 利用油液高速流过小孔产生的摩擦热耗散能量减弱颠簸跳动。
《飞机构造学》
北京航空航天大学
第4章 起落架系统
概述
起落架就是飞机在地面停放、滑行、起 飞着陆滑跑时用于支撑飞机重力，承受 相应载荷的装置。简单地说，起落架有 一点象汽车的车轮，但比汽车的车轮复 杂的多，而且强度也大的多，它能够消 耗和吸收飞机在着陆时的撞击能量。
在过去，由于飞机的飞行速度低，对飞机气动外形的要求不十 分严格，因此飞机的起落架都是固定的，这样对制造来说不需 要有很高的技术。当飞机在空中飞行时，起落架仍然暴露在机 身之外。随着飞机飞行速度的不断提高，飞机很快就跨越了音 速的障碍，由于飞行的阻力随着飞行速度的增加而急剧增加， 这时，暴露在外的起落架就严重影响了飞机的气动性能，阻碍 了飞行速度的进一步提高。因此，人们便设计出了可收放的起 落架，当飞机在空中飞行时就将起落架收到机翼或机身之内， 以获得良好的气动性能，飞机着陆时再将起落架放下来。然而， 有得必有失，这样做的不足之处是由于起落架增加了复杂的收 放系统，使得飞机的总重增加。但总的说来是得大于失，因此 现代飞机不论是军用飞机还是民航飞机，它们的起落架绝大部 分都是可以收放的，只有一小部分超轻型飞机仍然采用固定形 式的起落架（如蜜蜂系列超轻型飞机）
后三点式起落架缺点：
①大速度滑跑时，遇到前方撞击或强烈制动，容易发生倒立现 象(俗称拿大顶)。因此为了防止倒立，后三点式起落架不允许强 烈制动，因而使着陆后的滑跑距离有所增加。 ②如着陆时的实际速度大于规定值，则容易发生“跳跃”现象。 因为在这种情况下，飞机接地时的实际迎角将小于规定值，使机 尾抬起，只是主轮接地。接地瞬间，作用在主轮的撞击力将产生 抬头力矩，使迎角增大，由于此时飞机的实际速度大于规定值， 导致升力大于飞机重力而使飞机重新升起。以后由丁速度很快地 减小而使飞机再次飘落。这种飞机不断升起飘落的现象，就称为 “跳跃”。如果飞机着陆时的实际速度远大于规定值，则跳跃高 度可能很高，飞机从该高度下落，就有可能使飞机损坏。 ③在起飞、降落滑跑时是不稳定的。如过在滑跑过程中，某些干 扰(侧风或由于路面不平，使两边机轮的阻力不相等)使飞机相对 其轴线转过一定角度，这时在支柱上形成的摩擦力将产生相对于 飞机质心的力矩，它使飞机转向更大的角度。 ④在停机、起、落滑跑时，前机身仰起，因而向下的视界不佳。
1、优点：既能够很好地承受水平撞击，又便于收放。
2、缺点：重量大，结构复杂，缓冲器和铰接点受力 过大。
不同的场地起降，需要采用不同形式的滑行装置。 滑行装置形式： 轮式 滑橇 浮筒
轮式滑行装置
轮式滑行装置应用得最广泛，结构最复杂。
半轴式、半轮叉式和轮叉式
只适用于轻型飞机及早期飞机。
双轮式
起落架的质量通常占飞机结构质量的10%~15%，占飞机起 飞总质量的4%~6%。
机翼占飞机结构质量的30%~50%；占整个飞机质量的8% ~15%。 机身占飞机结构质量的8%~15%。
起落架的组成：现代飞机的起落架不仅是飞机结构的 一部分,而且是是一个包含众多机构和系统的复杂综合 系统。
– 后三点式——飞机重心在两个主轮之后； – 前三点式——飞机重心在两个主轮之前； – 多支点式——除在机翼下配置主起落架，还在 机身下配置主起落架； – 自行车式——飞机的两组主轮分别安置在机身 下，另外有两个辅助护翼轮。
后三点式起落架：这种起落架有一个尾支柱和两个主起落架。 并且飞机的重心在主起落架之后。后三点式起落架多用于低速 飞机上，因此在四十年代中叶以前曾得到广泛的应用。目前这 种形式的起落架主要应用于装有活塞式发动机的轻型、超轻型 低速飞机上。
自行车式起落架缺点： ①前起落架承受的载荷较大，而使尺寸、质量增大。 ②起飞滑跑时不易离地而使起飞滑跑距离增大。为使飞机达 到起飞迎角，需要依靠专门措施，例如在起飞滑跑时伸长前 起落架支柱长度或缩短后起落架支柱长度。 ③不能采用主轮刹车的方法，而必须采用转向操纵机构实现 地面转弯等。 由于以上的不利因素，除非是不得以，一般不采用自行 车起落架。目前仅有少数飞机采用这种起落架布局形式，如 美国的“海鹞”AV-8垂直起降战斗机等。
总结：在这四种布置形式中，前三种是最 基本的起落架形式，多支柱式可以看作是 前三点式的改进形式。目前，在现代飞机 中应用最为广泛的起落架布置形式就是前 三点式。
构架式
用于小型低速飞机，由一个缓冲支柱和两根撑杆组成空间
铰接结构使机轮定位。
1、优点： 各构件在使用中只承受轴向力，结构重量轻。 2、缺点：
动迅速停止。
缓冲器/支柱 轮胎
吸收能量的能力足够 消耗能量的能力尽量大 受载随压缩量增大而增大 具有承受连续撞击的能力 性能稳定
缓冲器密封性好
缓冲器摩擦阻力小
油气式缓冲支柱的结构
油气缓冲支柱构造
外筒
节流孔支撑管 充气阀
密封装置
内筒 调节油针
后三点式起落架优点： ①在飞机上易于装置尾轮。与前轮相比，尾轮 结构简单，尺寸、质量都较小。 ②正常着陆时，三个机轮同时触地，这就意味 着飞机在飘落(着陆过程的第四阶段)时的姿态 与地面滑跑、停机时的姿态相同。也就是说， 地面滑跑时具有较大的迎角，因此，可以利用 较大的飞机阻力来进行减速，从而可以减小着 陆时和滑跑距离。因此，早期的飞机大部分都 是后三点式起落架布置形式。
前三点式起落架缺点：
①前起落架的安排较困难，尤其是对单发动机的飞 机，机身前部剩余的空间很小。 ②前起落架承受的载荷大、尺寸大、构造复杂，因 而质量大。 ③着陆滑跑时处于小迎角状态，因而不能充分利用 空气阻力进行制动。在不平坦的跑道上滑行时，超 越障碍(沟渠、土堆等)的能力也比较差。 ④前轮会产生摆振现象，因此需要有防止摆震的设 备和措施，这又增加了前轮的复杂程度和重量。
垂直方向的过载：战斗机为3~5，小型多用途飞机为2~3，运输 机为0.7~1.5； 在不光滑的跑道上粗暴着陆时，水平方向的过载系数约为1~2； 带侧滑接地或在地面急转弯时，侧向过载系数为0.3~1.0。
2. 滑跑冲击载荷
3. 刹车载荷
按机轮支点的数目和位置可分为： 后三点 前三点 自行车式 多点式
起落架主要功用
在飞机滑跑、停放和滑行的过程中支撑飞机，同时
吸收飞机在滑行和着陆时的震动和冲击载荷。
起落架的组成
由承力结构、缓冲装置、滑行装置、减速装置、收放机构和转弯 机构等组成。
一、起落架的类型
1. 轮式起落架
可收放式
2. 滑橇轮式起落架
3. 浮筒式起落架
固定式
4. 其它形式的起落装置：弹射装置，空中投放，降落 伞回收，气垫回收等
多支柱式起落架：这种起落架的布置形式与前三点式起落架 类似，飞机的重心在主起落架之前，但其有多个主起落架支 柱，一般用于大型飞机上。如波音747客机、C-5A(军用运输 机（起飞质量均在350吨以上)以及苏联的伊尔86旅客机(起飞 质量206吨)。显然，采用多支柱、多机轮可以减小起落架对 跑道的压力，增加起飞着陆的安全性。
前三点式和后三点式的比较
1．方向稳定性 2．可小于着陆迎角高速着陆 3．滑跑时不会出现“倒立” 4．可大力刹车，缩短滑跑距离 5．视界好，乘坐舒适，起飞加速快，避免喷气发动机高温 气流烧坏跑道
由于现代飞机的着陆速度较大，并且保 证着陆时的安全成为考虑确定起落架形 式的首要决定因素，而前三点式在这方 面与后三点式相比有着明显的优势，因 而得到最广泛的应用。所以，后三点式 起落架的主导地位便逐渐被前三点式起 落架所替代，目前只有一小部分小型和 低速飞机仍然采用后三点式起落架。
一般要求：重量要求 使用、维护方便要求 还应满足空气动力和工艺性、经济性等要求 起落架处于复杂的疲劳载荷作用下，有寿命要求。 特殊要求： 1．地面运动要求
2．缓冲和消振要求
3．刹车要求 4．通过（漂浮）性要求 5．收藏要求 6．防护要求
一、着陆过载 起落架及其连接部分结构的载荷是 用着陆过载来确定的。 起落架所受的着陆载荷与停机载荷 之比称为着陆过载。 现代飞机着陆时的最大使用过载可达3～5。 二、起落架的外载荷 起落架大致可以分为以下几种载荷情况： 1. 着陆撞击载荷 2. 滑跑冲击载荷 3. 刹车载荷 4. 地面静态载荷
起落架尺寸大，不能收放。
支柱套筒式（现代飞机主起落架采用）
支柱是由外筒和活塞杆套接起来的缓冲支柱，支柱上端直 接固接到飞机结构上。 分为张臂式和撑杆式 1、优点： 容易收放。 2、缺点： 承受水平撞击载荷时缓冲性能较差； 密封装置容易受到磨损。
摇臂式
机轮通过摇臂铰接在支柱和缓冲器下，可分为三种 类型。
自行车式起落架：这种起落架除了在飞机重心前后各有一个 主起落架外，还具有翼下支柱，即在飞机的左、右机翼下各 有一个辅助轮。 优点： ①解决了部分飞机主起落架的收放问题 ②无论是前三点式起落架还是后三点式起落架，其主轮都是 布置在机翼下方，因此飞行时都将主轮收入机翼内。但有一 些飞机的机翼非常薄，或者是布置了其它结构设备，因此难 于将主起落架收入机翼内，这种飞机（特别是采用上单翼的 轰炸机）往往采用自行车式起落架，如美国的B-52等。由于 自行车式起落架的两个主轮都在机身轴线上，飞行时直接收 入机身内，而只在左右机翼下各装一个较小的辅助轮。
轮胎受载的影响因素
着陆重量
• 着陆重量大则受载大
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
轮胎变形
前三点式起落架： 这种起落架有一个前支柱和两个主起落架。 并且飞机的重心在主起落架之前。前三点式 起落架是目前大多数飞机所采用的起落架布 置形式，与后三点式起落架相比较，前三点 式起落架更加适合与高速飞机的起飞降落。
前三点式起落架优点：
①着陆简单，安全可靠。若着陆时的实际速度大于规定 值，则在主轮接地时，作用在主轮的撞击力使迎角急剧 减小，因而不可能产生象后前三点式起落架那样的“跳 跃”现象。 ②具有良好的方向稳定性，侧风着陆时较安全。地面滑 行时，操纵转弯较灵活。 ③无倒立危险，因而允许强烈制动，因此，可以减小着 陆后的滑跑距离。 ④因在停机、起、落滑跑时，飞机机身处于水平或接近 水平的状态，因而向下的视界较好，同时喷气式飞机上 的发动机排出的燃气不会直接喷向跑道，因而对跑道的 影响较小。
继承了半轴式起落架的优点，克服了其缺点。
适用于中型飞机主起落架，中型和重型飞机前起落架。
小车式
结构： 缓冲支柱的下端与装有四个或更多机轮 的轮架铰接，轮架上安装轮架俯仰稳定 缓冲器。 优点： 1.通过增加机轮数量达到减轻 机轮对地面压力的作用。 2.可减小飞机在起飞和着陆期 间机尾触地的风险。
吸收着陆撞击动能
减小着陆撞击力
消耗着陆撞击动能
减弱飞机着陆后的颠簸振动
延长飞机着陆垂直分速的消失时间
减小着陆撞击力
消耗吸收的能量
减弱飞机的颠簸振动
缓冲原理
通过产生尽可能大的弹性变形来吸收撞击动能，延长撞击时
间，减小飞机所受撞击力。
利用摩擦热耗作用尽快地消散能量，使飞机接地后的颠簸跳
缓冲性能
减小撞击力
• 与气体抗压缩的作用力P气有关
减弱颠簸跳动
• 主要与油液流过小孔的摩擦力P油有关
缓冲性能的调节
主要通过改变通油孔面积进行调节
• • 在压缩初期可能出现“载荷高峰”； 安装通油孔面积调节装置，兼顾减小撞击力与增大热耗散。
缓冲支柱充气压力和灌油量对支柱性能的影响
充气压力过高或灌油过多
• 缓冲支柱变“ 硬”，受载增大
充气压力过低或灌油过少
• 缓冲支柱变“ 软”，吸收着陆撞击能的能力可能不够，导致刚性撞击。
油气式缓冲支柱的飞前检查
缓冲支柱压缩量是否正常； 两边支柱压缩量是否对称；
缓冲支柱是否漏油；
缓冲支柱有无明显损伤等。
轮胎的缓冲作用
轮胎变形吸收撞击动能； 轮胎变形热耗散振动能量。