民用飞机起落架控制系统技术展望

姜逸民

【摘 要】本文通过对比波音和空客系列民用飞机起落架的设计特点，阐述了民用飞机起落架的发展趋势及发展现状。从而总结出促进民用飞机起落架发展所需的关键技术，并对其发展进行了展望和总结。

【关键词】民用飞机；起落架设计；关键技术

1 民用飞机起落架的发展趋势

波音公司和空客公司的一系列机型代表了大型民用客机的发展趋势。虽然两个公司的设计理念和技术侧重有所不同，但在起落架的设计上却采用相同的技术。波音的787及空客的A380起落架都采用小车式多轮起落，这样有利于分散轮胎对跑道的压力要求；采用由电传控制的起落架操纵方式甚至全电刹车系统，在提高系统可靠性的同时，可以相对减轻飞机的重量，进而使得系统的可靠性得以提高。

大型民机起落架具有的鲜明技术特点[1]：

（1）起落架布局复杂。对于机身重量大的飞机，其主起落架都采用多轮多支柱式布局形式。如波音747，空客A380有四个主起落架。这种多伦多支柱式布局的起落架之间相互连通，在缓冲过程中，缓冲系统在某种程度上可以控制各起落架所承受载荷的大小。

（2）起落架的结构尺寸很大，每个起落架的承载大，起落架主要承力构件采用大型整体锻件进行制造。波音777的主起落架是现有飞机中最大的起落架，其主支柱的长度达3m。

（3）与机体同寿，是国外民机对起落架的基本要求。如波音767的起落架寿命为50000起落。波音737已达到7. 5万次以上。起落架结构采用高强度钢整体锻件，提高了起落架寿命。大型民机起落架主体材料已经用300m钢整体锻件制造工艺取代了拼焊结构。

2 民用飞机起落架的发展所必须解决的关键技术

与其他种类的飞机相比，民机的设计更加注重安全性、经济性、舒适性以及环境保护等方面。民用飞机起落架的发展必须解决一下几方面的关键技术：

1）安全性和可靠性

起落架系统是飞机起飞着陆阶段安全性和可靠性的重要保障。设计中安全性和可靠性往往比性能指标更为重要[2]。为了提高起落架的安全性和可靠性，针对起落架故障模式下的操纵、起落架收起和放下后的自锁系统等相关研究亟待突破。

2）经济性

在保证安全性和舒适性的前提下，降低维护和修理费用方面，强调绿色维修无污染，包括健康监测系统设计、综合诊断与人工智能化技术等。

3）环境保护和舒适性

通过对飞机的噪音控制和滑行载荷控制可以有效提高飞机的乘坐舒适性，起落架的设计与该过程有着密切联系。结构细节降噪设计技术和起落架结构外形与收放策略对噪声的控制尤为重要。

3 其他关键技术

3.1 电刹车系统

图1为Safran公司为B787研制的全电刹车装置。机电作动机构是全电刹车系统控制的硬件平台，其性能在很大程度上决定了系统的性能。从已研制和在研的几个系统看，受现有条件的限制，它们的结构大同小异[4]。

目前，国内的研究大多为理论性的计算分析、仿真，而针对全电刹车硬件平台的机电作动机构的研究不够深入。民用飞机电刹车系统的研究属于工程应用型课题，因此，要在这方面尽决减小与国外最高水平的差距，则必须尽快研制出结构合理、功能完整、具有较高传动效率和良好动特性的机电作动机构。相信这项工作对我国飞机全电刹车系统的研究有重要基础意义。

3.2 电传作动系统

现在民用飞机，尤其是大型民机上己经使用的功率电传作动系统的控制方案主要有如下两种形式[5]：

（1）电静液作动器（EHA/EBHA）；

（2）电机械作动器或称机电作动器（EMA）。

1）EHA系统由伺服控制的双向调速电机、定量柱塞泵、作动筒、功率控制器和电控单元组成。含有两个独立的能源（传统的机载集中液压源和EHA所需的电源）。其结构原理图如图2所示。图中的主控系统是传统的阀控电液作动系统，EHA作为备份。

图2 EHA/EBHA结构原理图

EHA适合作为一种备份模式/作动器，而非长时间正常工作用。图3为A380飞机上方向舵作动器。

图3 A380飞机上方向舵作动器

2）EMA由可伺服控制的双向调速电动机、齿轮箱传动装置和实现往复运动的滚珠丝杠机构或齿轮旋转执行机构组成，其结构原理图如图4所示。

近年来，研发并取得适航证的B787梦想客机率先在两侧机翼中部两块扰流板上使用了电机械作动器。这种设计：一是波音飞机一贯的机械备份设计的延续（B747，B777等）；二是经过安全性评估。

4 结束语

我国民机起落架设计方法和手段与国外发达国家相比尚处于较传统落后的阶段，因此，如何走出中国特色的具有自主知识产权的大型闽籍起落架发展之路是一个必须解决的问题，其基本要点应包括抓住综合学科结合设计为核心 ，利用先进的计算机平台，立足解决发展过程中所必须掌握的关键技术，最终建设我国自己的起落架研发设计平台。

【参考文献】

[1]龙江，张铎.飞机应急放起落架的机构运动可靠性研究[J].机械强度，2005，27（5）：624-627.

[2]Patrick M.Technology programs for landing gear systems [C]//AIAA/ICAS International Air and Space Symposium and Exposition：The Next 100 Y.Ohio： AIAA/ICAS，2003：1-9.

[3]廖丽娟，贾玉红.弹性机体起落架的动态性能仿真分析[J].航空学报，2008，29（1）：75-79.

[4]丁斌.飞机全电刹车系统的机电作动机构[J].航空制造技术，2006.

[5]沈磊.民用飞机电传飞控作动系统设计与工程应用[J].2012.

[责任编辑：孙珊珊]

【摘 要】本文通过对比波音和空客系列民用飞机起落架的设计特点，阐述了民用飞机起落架的发展趋势及发展现状。从而总结出促进民用飞机起落架发展所需的关键技术，并对其发展进行了展望和总结。

【关键词】民用飞机；起落架设计；关键技术

1 民用飞机起落架的发展趋势

波音公司和空客公司的一系列机型代表了大型民用客机的发展趋势。虽然两个公司的设计理念和技术侧重有所不同，但在起落架的设计上却采用相同的技术。波音的787及空客的A380起落架都采用小车式多轮起落，这样有利于分散轮胎对跑道的压力要求；采用由电传控制的起落架操纵方式甚至全电刹车系统，在提高系统可靠性的同时，可以相对减轻飞机的重量，进而使得系统的可靠性得以提高。

大型民机起落架具有的鲜明技术特点[1]：

（1）起落架布局复杂。对于机身重量大的飞机，其主起落架都采用多轮多支柱式布局形式。如波音747，空客A380有四个主起落架。这种多伦多支柱式布局的起落架之间相互连通，在缓冲过程中，缓冲系统在某种程度上可以控制各起落架所承受载荷的大小。

（2）起落架的结构尺寸很大，每个起落架的承载大，起落架主要承力构件采用大型整体锻件进行制造。波音777的主起落架是现有飞机中最大的起落架，其主支柱的长度达3m。

（3）与机体同寿，是国外民机对起落架的基本要求。如波音767的起落架寿命为50000起落。波音737已达到7. 5万次以上。起落架结构采用高强度钢整体锻件，提高了起落架寿命。大型民机起落架主体材料已经用300m钢整体锻件制造工艺取代了拼焊结构。

2 民用飞机起落架的发展所必须解决的关键技术

与其他种类的飞机相比，民机的设计更加注重安全性、经济性、舒适性以及环境保护等方面。民用飞机起落架的发展必须解决一下几方面的关键技术：

1）安全性和可靠性

起落架系统是飞机起飞着陆阶段安全性和可靠性的重要保障。设计中安全性和可靠性往往比性能指标更为重要[2]。为了提高起落架的安全性和可靠性，针对起落架故障模式下的操纵、起落架收起和放下后的自锁系统等相关研究亟待突破。

2）经济性

在保证安全性和舒适性的前提下，降低维护和修理费用方面，强调绿色维修无污染，包括健康监测系统设计、综合诊断与人工智能化技术等。

3）环境保护和舒适性

通过对飞机的噪音控制和滑行载荷控制可以有效提高飞机的乘坐舒适性，起落架的设计与该过程有着密切联系。结构细节降噪设计技术和起落架结构外形与收放策略对噪声的控制尤为重要。

3 其他关键技术

3.1 电刹车系统

图1为Safran公司为B787研制的全电刹车装置。机电作动机构是全电刹车系统控制的硬件平台，其性能在很大程度上决定了系统的性能。从已研制和在研的几个系统看，受现有条件的限制，它们的结构大同小异[4]。

目前，国内的研究大多为理论性的计算分析、仿真，而针对全电刹车硬件平台的机电作动机构的研究不够深入。民用飞机电刹车系统的研究属于工程应用型课题，因此，要在这方面尽决减小与国外最高水平的差距，则必须尽快研制出结构合理、功能完整、具有较高传动效率和良好动特性的机电作动机构。相信这项工作对我国飞机全电刹车系统的研究有重要基础意义。

3.2 电传作动系统

现在民用飞机，尤其是大型民机上己经使用的功率电传作动系统的控制方案主要有如下两种形式[5]：

（1）电静液作动器（EHA/EBHA）；

（2）电机械作动器或称机电作动器（EMA）。

1）EHA系统由伺服控制的双向调速电机、定量柱塞泵、作动筒、功率控制器和电控单元组成。含有两个独立的能源（传统的机载集中液压源和EHA所需的电源）。其结构原理图如图2所示。图中的主控系统是传统的阀控电液作动系统，EHA作为备份。

图2 EHA/EBHA结构原理图

EHA适合作为一种备份模式/作动器，而非长时间正常工作用。图3为A380飞机上方向舵作动器。

图3 A380飞机上方向舵作动器

2）EMA由可伺服控制的双向调速电动机、齿轮箱传动装置和实现往复运动的滚珠丝杠机构或齿轮旋转执行机构组成，其结构原理图如图4所示。

近年来，研发并取得适航证的B787梦想客机率先在两侧机翼中部两块扰流板上使用了电机械作动器。这种设计：一是波音飞机一贯的机械备份设计的延续（B747，B777等）；二是经过安全性评估。

4 结束语

我国民机起落架设计方法和手段与国外发达国家相比尚处于较传统落后的阶段，因此，如何走出中国特色的具有自主知识产权的大型闽籍起落架发展之路是一个必须解决的问题，其基本要点应包括抓住综合学科结合设计为核心 ，利用先进的计算机平台，立足解决发展过程中所必须掌握的关键技术，最终建设我国自己的起落架研发设计平台。

【参考文献】

[1]龙江，张铎.飞机应急放起落架的机构运动可靠性研究[J].机械强度，2005，27（5）：624-627.

[2]Patrick M.Technology programs for landing gear systems [C]//AIAA/ICAS International Air and Space Symposium and Exposition：The Next 100 Y.Ohio： AIAA/ICAS，2003：1-9.

[3]廖丽娟，贾玉红.弹性机体起落架的动态性能仿真分析[J].航空学报，2008，29（1）：75-79.

[4]丁斌.飞机全电刹车系统的机电作动机构[J].航空制造技术，2006.

[5]沈磊.民用飞机电传飞控作动系统设计与工程应用[J].2012.

[责任编辑：孙珊珊]

【摘 要】本文通过对比波音和空客系列民用飞机起落架的设计特点，阐述了民用飞机起落架的发展趋势及发展现状。从而总结出促进民用飞机起落架发展所需的关键技术，并对其发展进行了展望和总结。

【关键词】民用飞机；起落架设计；关键技术

1 民用飞机起落架的发展趋势

波音公司和空客公司的一系列机型代表了大型民用客机的发展趋势。虽然两个公司的设计理念和技术侧重有所不同，但在起落架的设计上却采用相同的技术。波音的787及空客的A380起落架都采用小车式多轮起落，这样有利于分散轮胎对跑道的压力要求；采用由电传控制的起落架操纵方式甚至全电刹车系统，在提高系统可靠性的同时，可以相对减轻飞机的重量，进而使得系统的可靠性得以提高。

大型民机起落架具有的鲜明技术特点[1]：

（1）起落架布局复杂。对于机身重量大的飞机，其主起落架都采用多轮多支柱式布局形式。如波音747，空客A380有四个主起落架。这种多伦多支柱式布局的起落架之间相互连通，在缓冲过程中，缓冲系统在某种程度上可以控制各起落架所承受载荷的大小。

（2）起落架的结构尺寸很大，每个起落架的承载大，起落架主要承力构件采用大型整体锻件进行制造。波音777的主起落架是现有飞机中最大的起落架，其主支柱的长度达3m。

（3）与机体同寿，是国外民机对起落架的基本要求。如波音767的起落架寿命为50000起落。波音737已达到7. 5万次以上。起落架结构采用高强度钢整体锻件，提高了起落架寿命。大型民机起落架主体材料已经用300m钢整体锻件制造工艺取代了拼焊结构。

2 民用飞机起落架的发展所必须解决的关键技术

与其他种类的飞机相比，民机的设计更加注重安全性、经济性、舒适性以及环境保护等方面。民用飞机起落架的发展必须解决一下几方面的关键技术：

1）安全性和可靠性

起落架系统是飞机起飞着陆阶段安全性和可靠性的重要保障。设计中安全性和可靠性往往比性能指标更为重要[2]。为了提高起落架的安全性和可靠性，针对起落架故障模式下的操纵、起落架收起和放下后的自锁系统等相关研究亟待突破。

2）经济性

在保证安全性和舒适性的前提下，降低维护和修理费用方面，强调绿色维修无污染，包括健康监测系统设计、综合诊断与人工智能化技术等。

3）环境保护和舒适性

通过对飞机的噪音控制和滑行载荷控制可以有效提高飞机的乘坐舒适性，起落架的设计与该过程有着密切联系。结构细节降噪设计技术和起落架结构外形与收放策略对噪声的控制尤为重要。

3 其他关键技术

3.1 电刹车系统

图1为Safran公司为B787研制的全电刹车装置。机电作动机构是全电刹车系统控制的硬件平台，其性能在很大程度上决定了系统的性能。从已研制和在研的几个系统看，受现有条件的限制，它们的结构大同小异[4]。

目前，国内的研究大多为理论性的计算分析、仿真，而针对全电刹车硬件平台的机电作动机构的研究不够深入。民用飞机电刹车系统的研究属于工程应用型课题，因此，要在这方面尽决减小与国外最高水平的差距，则必须尽快研制出结构合理、功能完整、具有较高传动效率和良好动特性的机电作动机构。相信这项工作对我国飞机全电刹车系统的研究有重要基础意义。

3.2 电传作动系统

现在民用飞机，尤其是大型民机上己经使用的功率电传作动系统的控制方案主要有如下两种形式[5]：

（1）电静液作动器（EHA/EBHA）；

（2）电机械作动器或称机电作动器（EMA）。

1）EHA系统由伺服控制的双向调速电机、定量柱塞泵、作动筒、功率控制器和电控单元组成。含有两个独立的能源（传统的机载集中液压源和EHA所需的电源）。其结构原理图如图2所示。图中的主控系统是传统的阀控电液作动系统，EHA作为备份。

图2 EHA/EBHA结构原理图

EHA适合作为一种备份模式/作动器，而非长时间正常工作用。图3为A380飞机上方向舵作动器。

图3 A380飞机上方向舵作动器

2）EMA由可伺服控制的双向调速电动机、齿轮箱传动装置和实现往复运动的滚珠丝杠机构或齿轮旋转执行机构组成，其结构原理图如图4所示。

近年来，研发并取得适航证的B787梦想客机率先在两侧机翼中部两块扰流板上使用了电机械作动器。这种设计：一是波音飞机一贯的机械备份设计的延续（B747，B777等）；二是经过安全性评估。

4 结束语

我国民机起落架设计方法和手段与国外发达国家相比尚处于较传统落后的阶段，因此，如何走出中国特色的具有自主知识产权的大型闽籍起落架发展之路是一个必须解决的问题，其基本要点应包括抓住综合学科结合设计为核心 ，利用先进的计算机平台，立足解决发展过程中所必须掌握的关键技术，最终建设我国自己的起落架研发设计平台。

【参考文献】

[1]龙江，张铎.飞机应急放起落架的机构运动可靠性研究[J].机械强度，2005，27（5）：624-627.

[2]Patrick M.Technology programs for landing gear systems [C]//AIAA/ICAS International Air and Space Symposium and Exposition：The Next 100 Y.Ohio： AIAA/ICAS，2003：1-9.

[3]廖丽娟，贾玉红.弹性机体起落架的动态性能仿真分析[J].航空学报，2008，29（1）：75-79.

[4]丁斌.飞机全电刹车系统的机电作动机构[J].航空制造技术，2006.

[5]沈磊.民用飞机电传飞控作动系统设计与工程应用[J].2012.

[责任编辑：孙珊珊]