飞机起落架设计的关键问题探究

肖砷宇+施晓颖

摘 要：随着飞机制造技术的发展，飞机起落架的设计与制造越来越成为飞机生产的关键部分，对于飞机的正常运行起着越来越重要的作用。文章通过对于飞机的发展以及飞机起落架的结构动力分析，对于飞机起落架的设计关键问题进行了探讨，对于飞机的高效设计制造提出了一些方法。

关键词：飞机起落架；关键问题；设计制造

1 飞机起落架概述

起落架是飞机下部用于起飞降落或地面滑行时支撑飞机并用于地面移动的附件装置。作为飞机或航天器的起落支撑设备，可用于起飞或着陆。对于飞机，起落架在不飞行时支撑飞机，允许其在没有损坏的情况下起飞、着陆和滑行。通常使用轮子，但是可以根据表面以及飞行器是垂直操作还是能够沿着表面滑行来部署元件组合。大型飞机通常具有可伸缩起落架，其在飞行期间折叠以减小空气阻力或阻力。对于运载火箭和航天器着陆器，起落架通常设计成仅在飞行后支撑车辆，并且通常不用于起飞或表面运动。飞机起落架通常包括配备简单减震器的轮子或者更先进的空气型支柱，用于跑道和崎岖地形着陆。起落架是飛机的相对较重的部分，它可以高达起飞重量的7%，但更通常为4-5%。轮式起落架通常有两种类型，常规的或拖曳式起落架，其中有两个朝向飞机前部的主轮和在后部的单个轮子，前三点式的底盘，其中在翼下方有两个主轮或轮组件，并且在中部具有第三个小轮。尾桨装置在早期螺旋桨飞机时代很常见，因为它允许更多的空间用于螺旋桨间隙。大多数现代飞机有前三点式的底盘，有时，在带有前三点式底盘的飞机上增加一个小的尾轮或防滑板，以便在起飞时发生尾部撞击。波音747飞机有一个可伸缩的尾部轮，因为三角翼飞机起飞时需要大角度爬升。具有可伸缩的常规起落架的飞行器具有固定的尾轮，其产生最小的阻力，由于大部分通过尾轮的气流已经被机身覆盖，甚至在某些情况下改善了偏航稳定性。中央主机和前齿轮与机翼上的支架可以在两侧配合主起落架的收回动作。

2 飞机起落架的结构

2.1 减震器

通常，飞机减震器被设计为无源装置，其特性调整到最常见的预期冲击载荷。然而，在许多情况下，实际工作条件的变化如此之高，使得最佳设计的被动减震器不能表现得足够好。在各种着陆条件下影响着陆装置的影响条件的变化是这种情况的一个很好的例子。与被动系统相反，现在集中于能量吸收结构元件的主动适应，其中传感器系统识别冲击负载的类型并且在保证冲击能量的最佳耗散的情况下激活能量吸收部件。主动控制是指用于确定响应于传感器，例如雷达或加速度计的测量输出而产生的所需信号的法则的方法。该控制信号被发送到致动器，从而施加结构构件的机械性质的校正，可以为预测的影响情景设计非线性材料特性的最优分布，通过主动控制的减震器实现。

2.2 伸缩结构

飞机起落架液压机可以实现对飞机起落架的伸缩控制。液压机是使用液压缸产生压缩力的装置，它使用液压等效的机械杠杆，液压机来源于Pascal原理，整个封闭系统中的压力是恒定的。系统的一部分是用作泵的活塞，其中适当的机械力作用在小的横截面积上；另一部分是具有较大面积的活塞，其产生相应较大的机械力。如果泵与压力缸分离，则仅需要小直径管。当任一活塞被向内推时，由于流体是不可压缩的，所以小活塞移动的体积等于大活塞移置的体积。为了减少飞行中的阻力，一些起落架缩回到机翼和机身中，轮子与表面齐平或隐藏在门后面，这称为可伸缩齿轮。如果在收回之后轮子保持突出并且部分地暴露于气流，则系统被称为半可收回的。在可伸缩的齿轮系统中，车轮被收起的车厢被称为车轮井，这也可能减少货物或燃料空间。通常提供多重冗余以防止单个故障导致整个起落架伸展过程失效。无论是电动还是液压操作，起落架通常可以由多个来源提供动力。在电力系统故障的情况下，应急扩展系统总是可用的。

2.3 机轮和刹车系统

航空航天工业正在以惊人的速度发展，早些时候，飞机更多地依靠较慢的速度和草的跑道，而不是停车制动。随着新的和更强大的高速航空器的出现，增加了对更可靠和稳健的制动系统的需求，制动系统将确保最小停止距离，容易操纵飞行器和更好的散热。刹车系统主要包括多个相互作用的元件，例如盘式制动器、推力反向器、空气制动器和扰流器。盘式制动器通过摩擦将多余的动能转换成热量。推力反向器重定向气流，以便沿与飞行行程的方向相反的方向增加推力，从而辅助车辆的减速。减速器和空气制动器是有助于增加阻力的结构。

3 飞机起落架的设计

前三点式起落架，采用前三点式起落架，与自行车式后三点式相比前三点式具有结构重量适中，前方视界、地面滑行稳定性、起飞抬前轮、起飞过程中的操作、着陆接地的操作性能好，着陆速度使用的发动机不限的特点。受力系统在放下位置借助承力锁来保证几何不变性，该锁将起落架的承力杆或梁直接固定在飞机结构上；收放作动筒不是受理系统承力杆；这种受力形式的下锁位承受很大的地面载荷，其变形等可能影响锁的可靠性，从而降低起落架收放的可靠性。故用此种形式时，对起落架收放的可靠性应予以充分注意，可靠性设计和试验均应考虑地面载荷。这一类起落架在机体内所占的空间较小。

减震器参数确定。（1）飞机下沉速度。减震器的行程取决于飞机下沉速度（接地时的垂直速度）、减震材料和接地时机翼升力。不同类型飞机的下沉速度（vV）不同：陆基飞机为3m/s，垂直起落飞机为4.5m/s，舰载飞机为6～7m/s。（2）起落架过载。飞机垂直速度的减速率称为起落架过载，其决定了由起落架传到机体上的载荷的大小，影响结构重量和乘员/旅客的舒适性。不同类型飞机，起落架过载（ng）不同：大型轰炸机为2～3，商用飞机为2.7～3，通用航空飞机为3，空 军战斗机为3～4，海军战斗机为5～6。前三点式起落架的缺点是自由偏转的前支柱可能出现振幅越来越大的自激振荡现象。

4 总结与展望

为了将飞机的作用能效最大地展现出来，优化航空工业的工作效率与高质量产能，需要加强管理，利用专门人才、高新技术来加强飞机起落架的设计与制造技术，这也是航空工业的工作重心之一。在飞机的运行维护中，飞机起落架设计技术起到了举足轻重的作用，结合实时的信息与数据，精准地、有针对性地对航空发动机的设计进行优化分析，飞机起落架设计技术将会是未来航空制造工程的一只尖兵。通过相关开发部门和技术人员的共同努力，航空工业将会有着长足的发展。大型飞机的设计与制造得到保障，才能更好地为国民生活而服务，同时，对于我国航空工业的发展也具有深远的意义与价值。

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.

作者简介：肖砷宇（1987，12-），性别：男，民族：汉，籍贯：陕西西安。当前职务：军代表。当前职称：助理工程师。学历：本科，作者单位：海军驻阎良地区航空军事代表室。