浅析针对军用飞机起落架的设计研究思路

李成伟

摘要：军用飞机的起落架作为液压系统的部件之一，也是飞机收放系统的重要组成部分，具有特别重要的作用，所以关于他的设计、制造尤为关键。其中，稳定可靠、高性能是对他的核心要求。本文在常规板簧基础上集成了油液缓冲装置，通过LMS motion对起落架装置缓冲性能进行仿真分析，在同样的下沉速度及过载要求下，刚柔混合起落架提升了板簧起落架的使用限制，大大降低了结构空间占有率，减重效果明显，为起落架研发人员提供了一种新的设计思路。

关键词：起落架;军用飞机;板簧;落震仿真

中图分类号：F426.5   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）11-0081-01

高性能刚柔混合起落架装置主要由板簧、机轮组件、全油液式缓冲器、拉伸弹簧、轮载开关、连接座等组成。板簧与机身和缓冲器通过铰接和转动副机构连接。在飞机着陆过程中，板簧起落架主要通过板簧结构变形、绕机体转动的全油液缓冲器阻尼行程，以及轮胎变形吸收飞机下沉速度产生的能量，使其着陆过载控制在一定的范围内。

1 关于上下位一体式锁机构的概要分析

撑杆式锁机构是将锁杆支撑于阻力杆折叠处，上锁后使阻力杆无法折叠以承受拉压载荷的锁机构。某前起落架采用上下位锁合一的支承式撑杆锁机构，即上下位一体式锁机构。其锁杆与机体相连，刚度较好，上锁后不会因受载变形而开锁。该机构由上、下锁撑杆，锁弹簧与解锁作动筒组成，锁撑杆间装有止动装置（挡板和挡块）。其工作原理为：上锁时，在弹簧力与锁杆自身重力共同作用下，上、下锁撑杆向下折叠越过中心位置（两锁杆夹角达180o）后，挡板与挡块相互接触阻碍杆件继续运动，完成上锁，将前起落架固定于放下或收上位置;解锁时，解锁作动筒施加载荷克服弹簧力，拉动（下位解锁）或推动（上位解锁）上、下锁撑杆向上折叠越过中心位置完成开锁。

2 高性能刚柔混合起落架的方案设计

2.1起落架工作原理。飞机在地面滑跑阶段，起落架处于停机状态，缓冲器被完全压缩，拉簧被拉伸，轮载开关传感器的接触头与板簧上表面脱离。飞机在滑跑过程中的振动能量主要由轮胎和板簧吸收。

（1）飞机起飞后。飞机起飞后，轮胎脱离地面，在起落架自重和拉簧的共同作用下，带动板簧绕机身转动，轮载开关传感器的接触头与板簧上表面接触，并向飞机控制系统发出一个信號，告知飞机已处于起飞离地状态，同时，缓冲器上腔中的油液沿阻尼孔流入缓冲器下腔，回复到初始未被压缩的状态。在空中，拉伸弹簧仍然处于拉伸状态，防止起落架随机身振动而摆动，确保飞机在着陆时缓冲器处于初始行程未压缩状态。

（2）飞机着陆时。在飞机着陆前，飞控系统检查轮载开关传感器位置信息确认起落架是否满足着陆要求。当飞机着陆过程中，轮胎接触地面发生变形，板簧发生结构变形并绕机身转动，轮载开关传感器的接触头与板簧上表面脱开并向飞控系统发送一个信号，告知起落架已经处于着陆状态，同时，拉簧被拉伸，缓冲器被压缩，起落架达到全压缩状态。此过程中，轮胎通过自身结构变形和压缩其内部气体将飞机着陆的动能转化为热量耗散，板簧受力并发生弹性变形，消耗飞机着陆动能，飞机着陆时的巨大冲击使缓冲器下腔中的油液快速通过阻尼孔进入缓冲器上腔，摩擦生热耗散能量，在轮胎、板簧和缓冲器三者共同作用下，吸收飞机着陆撞击能量。

双冗余拉伸弹簧设计既保证了飞机在飞行中让板簧复位防止其随机体一起振动，也让全油液式缓冲器在飞机着陆前始终处于未被压缩状态。安装在缓冲器上的补偿器其内部的单向阀结构可以保证油液体积随温度热胀冷缩缓慢变化时，油液在补偿器与缓冲器内部自由流动，同时还实现了当飞机着陆时，缓冲器内部油液被剧烈压缩，单向阀瞬间关闭，确保缓冲器缓冲效率。因此，在常规板簧起落架基础上增加了缓冲器压缩产生的轮轴垂向位移，实现了板簧起落架大变形，有效降低飞机使用过载。

2.2仿真分析。基于LMSmotion多体动力学软件，对常规板簧式起落架及刚柔混合起落架进行缓冲性能仿真分析。

通过对板簧进行柔性化处理，采用Craig—Bampton模态叠加法，用模态柔性来描述板簧的弹性，并输入板簧材料不同频率下对应的阻尼比，以此来模拟板簧在弹性变形过程中结构所耗损的能力。

根据飞机质量和下沉速度值，让一定投放质量的起落架从一定的高度落下，模拟飞机着陆的过程，从而验证设计的板簧式起落架缓冲性能是否满足要求。

2.3对比分析。对常规板簧和高性能刚柔混合起落架缓冲性能分析、强度校核及结构空间进行对比，在飞机同样下沉速度和过载情况下，高性能刚柔混合起落架大大降低了结构空间占有率，减重效果明显，完成板簧式起落架虚拟仿真建模之后，利用LMS软件后处理功能进行落震虚拟仿真分析。依据同样起落架着陆下沉速度、过载要求，分别对常规板簧起落架及刚柔混合起落架进行了缓冲性能仿真计算，常规板簧应力及变形，结构空间最大应力为900～1000MPa;板簧质量为19.96kg。最大应力为900～1000MPa;板簧质量为13.7kg。

3 结语

综上所述，结合板簧和全油液式缓冲器的特点，将板簧和全油液式缓冲器集成设计，提出了一种高性能板簧式起落架装置设计方案，起落架在轻质化、空间紧凑方面均大大优于常规板簧起落架，为研发人员提供了一种高性能的板簧起落架设计思路。

参考文献：

[1]张力，刘辉，李琳.板簧式起落架满应力设计方法研究[J].机械研究与应用，2019（05）.

[2]赵卫宇.轻型飞机起落架弹簧钢弯曲回弹及工艺优选研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019（11）.