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【飞机构造学】第四章飞机起落架系统
【飞机构造学】第四章飞机起落架系统
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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。
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