飞机起落架设计与相关问题研究

飞机起落架设计与相关问题研究

发表时间：2019-06-10T16:25:16.083Z 来源：《防护工程》2019年第5期作者：陈永新

[导读] 近年来对飞机起落架设计的研究越来越多，尤其随着AR智能设计等技术的出现和应用，飞机起落架设计得到了高速的发展。

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摘要：本文从飞机起落架的结构出发，对飞机起落架设计问题进行探讨，结合个人在这方面的一些实践工作经验，分析了飞机起落架设计的关键技术内容。

关键词：飞机起落架设计关键问题

飞机起落架是飞机起飞降落的重要部件，作为唯一支撑整架飞机的部件，起落架的设计关系到飞机起降的安全。近年来对飞机起落架设计的研究越来越多，尤其随着AR智能设计等技术的出现和应用，飞机起落架设计得到了高速的发展。

一、飞机起落架的结构

(一)减震器

减震器是起落架的重要部件之一，能够吸收着陆和滑行过程中的动能，降低飞机机体受到的载荷，使振动快速衰减。一般都把飞机减震器设计成无源装置，并把它的特性设计为预期冲击载荷，然而在实际使用中，由于各种工况差异非常大，使得飞机起落架的减震器设计很难将其功能和作用发挥得很好，因此，起落架工况计算及减震器形式、参数选择显得至关重要。当前减震器设计关键是提高其缓冲性能，这首先需要准确计算起落架预期的地面载荷以及多轮起落架地面载荷的分配，然后借助动力学仿真及试验验证技术不断优化设计。（二）作动器

作动器或称作动筒，是将液压能转变为机械能的执行机构，广泛用于起落架收放、翼面控制等。作动器设计首先需根据操纵对象所需的负载，确定活塞有效面积，然后根据使用要求、安装要求、重量指标、外形尺寸、可靠性、工艺性等选择合适的结构形式，如承力作动器一般设计内部机械锁，对于重要承力作动器，还应在液压系统中另设液压锁。为提高舒适性、减小冲击和噪声，应根据需要设置末端节流。

此外，为了减少飞机在飞行过程中的阻力，部分起落架收回至机翼和机身当中，要求保持轮子和飞机表面齐平，亦或是将其隐藏于门后。假如起落架被收回以后其轮子始终都保持突出状态，并且有一部分暴露于气流当中，那么该起落架被称作是半可收放的。然而，在可以收放的起落架系统当中，起落架舱占用空间可能造成货物或者燃料空间的减少。一般来说，我们都会提供备份或应急来有效防止飞机起落架受到单个的故障而出现整个过程失效的问题。不管是电动或者是液压操作，飞机起落架往往都能由多个源提供收放的动力。

（三）机轮和刹车系统

伴随高速航空器的发展，飞机的刹车系统在可靠性和稳定性方面都在不断提升，与此同时刹车系统也追求使飞机具有最小的滑跑距离，这会更容易操纵飞机并且保证散热更通畅。飞机的刹车系统是一个多元的系统，包括机轮刹车装置、反推、舵面。对于轮刹车装置而言，可以通过摩擦把动能转换为热量；反推则可以利用定向的气流，对航向相反的方向提供反推力，并且借此来辅助飞机的减速。

二、飞机起落架的设计

（一）前三点式起落架

前三点式起落架与自行车式、后三点式相较来说具备结构重量适中的特点，而且前方视界和地面滑行更具稳定性，包括飞机起飞过程中的操作，着陆接地的操作性能比较好，着陆速度更是具备不受限的特点，此类型起落架占据的空间也比较小。飞机起落架的收放作动筒可以是承力构件，通常这种情况下作动筒内锁都会承受很大的地面载荷，而它的变形有可能使锁的可靠性受到影响。所以在使用这种形式的时候，必须要特别注意飞机起落架收放机构的可靠性，而且对于飞机起落架的可靠性设计极其试验都必须要考虑到地面的载荷。

（二）减震器参数确定

1、飞机下沉速度

飞机减震器的行程通常都取决于飞机下沉的速度、以及过载和接地时机翼升力。对于不同的飞机类型其下沉速度也是不同的：一般陆基飞机的速度为3m/s，垂直起降飞机速度为4.5m/s，而舰载飞机速度则为6-7m/s。

2、起落架过载

一般将飞机垂直速度的减速率称为起落架过载，它决定了起落架传至机体上载荷的大小，并且还会影响到结构重量以及乘员或者是旅客的舒适性。针对不同类型的飞机，它们的起落架过载也不同，像大型的轰炸机应该为2-3，而商用飞机则为2.7-3，通用航空飞机为3，军事用战斗机为3-4，海空战斗机则为5-6。

三、其他关键技术

（一）电刹车系统

机电作动机构属于全电刹车系统控制的硬件平台，并且其性能在很大程度上决定了系统的性能。根据目前已经研制出来或是正在研制的几个系统来看，由于现有的条件限制的缘故，他们的结构基本都是大同小异的。

当前国内对这方面的研究绝大多数都是理论性的计算分析和仿真，但是针对于机电作动机构研究的并不深入。针对民用飞机电刹车系统的研究工作隶属于工程的应用型课题，若要尽快减少在这方面与国外的最高水平之间的差异，那么就要研制出结构合理且功能完整并且具备比较高的传动效率以及良好的制动特性的机电作用结构。如此看来，此项工作在我国全电刹车系统的研究工作都具备极其重要的研究意义。

（二）电传作动系统

目前的民用飞机，特别是一些大型的民用飞机都已经开始使用电传作动系统的控制方案，具体的包括以下两种形式：电静液作动器（EHA/EBHA）；电机械作动器或称机电作动器（EMA）。

（1）电静液作动器系统是由伺服控制的双向性调速电机和定量柱塞泵以及包括作动筒和功率控制器以及电控单元组成的飞机起落架作

动系统。该系统包含了两个独立的能源（以往比较传统的是机载集中液压源以及系统所需电源）。该系统更适合当做一种备份模式，并非比较长时间的正常性工作来使用。（2）机电作动器系统是由伺服控制的双向调速电动机以及齿轮传动装置或者是实现往复运动的滚珠丝杠机构以及齿轮旋转执行机构具体组成。

结语

对于飞机起落架设计问题的研究，其是智能化设计技术的提出，既是我国针对飞机相关技术研究工作的一大进步，也代表着我国飞行技术具有与时俱进的时代化特点。

参考文献：

[1]陈琳.飞机起落架收放运动与动态性能仿真分析[D].南京航空航天大学，2007.

[2]焦振江.飞机起落架动态性能仿真分析研究[D].西北工业大学，2007.

[3]曹荣生.飞机起落架模型建立及着陆性能仿真分析[D].哈尔滨工程大学，2007.

[4]王占海.飞机起落架地面滑行试验系统设计[D].南京航空航天大学，2007.