飞机起落架的作用、配置形式和发展

飞机起落架的作用、配置形式和发展

1起落架与地面起落架的冲击能量飞机布局是飞机的重要部件。飞机的所有行驶、地面旋转和行驶都必须完成。飞机着陆时的冲击能量主要由飞机吸收。本文对飞机起落架的作用、配置形式、结构形式、组成、发展历史做简单介绍。2地面转化飞机概括起来,飞机起落架主要有以下四个作用:(1)飞机在地面时支撑飞机;(2)吸收并耗散飞机着陆及滑行时的颠簸和撞击能;(3)提供刹车功能;(4)地面运动时使飞机转弯。3起落架滑跑原因起落架配置形式指起落架在飞机上的位置、数目以及布置特点,下面是飞机常用的四种起落架配置形式及其特点:(1)后三点式这种起落架有一个尾轮和两个主起落架,尾轮在机身尾部离重心较远处,主起落架在飞机重心稍靠后处。这种形式的起落架结构简单,适合于低速飞机,在四十年代以前得到广泛应用,现代飞机上除一些装有活塞式发动机的轻型、超轻型低速飞机外,基本不会使用这种配置形式起落架。后三点式起落架有以下优点:(a)飞机上易于安装尾轮。与前轮相比,尾轮结构简单、尺寸小、重量轻;(b)正常着陆时,着陆姿态与地面滑跑、停机时姿态相同,飞机有较大迎角,因此可以利用较大的飞机阻力来进行减速,从而减小着陆滑跑距离;随着飞机速度不断提高,后三点式起落架也暴露出很多缺点:(a)高速滑跑时,遇到前方撞击或强烈刹车,容易发生倒立现象,因此为了防止倒立,后三点式起落架不允许强烈刹车,从而使着陆滑跑距离增加;(b)着陆速度较大时容易发生“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产生抬头力矩,使迎角增大,由于此时飞机速度大于规定值,导致升力大于重力而使飞机重新升起,以后由于速度很快的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”,它有可能使飞机损坏;(c)在起飞、降落滑跑时不稳定。如果在滑跑过程中,某些干扰使飞机相对轴线转过一定角度,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,使飞机转向更大的角度;(d)在停机、起飞、着陆滑跑时,前机身仰起,向下视界不佳。(2)前三点式这种起落架有一个前起落架和两个主起落架,飞机重心在主起落架之前。这是现代飞机最常见的起落架配置形式,因为与后三点式相比,前三点式有很多优点。前三点式起落架优点有:(a)着陆简单,安全可靠。重心在主起落架之前,着陆时不会发生后三点式起落架那样的“跳跃”现象;(b)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;(c)不会发生倒立危险;(d)在停机、起飞、着陆滑跑时,飞机处于水平或接近水平,向下的视界较好;(e)喷气式飞机上发动机排出的燃气不会直接喷向跑道,对跑道影响较小。前三点式起落架也有它的缺点:(a)前起落架布置较困难,尤其是发动机在机头的小型飞机,机身前部空间非常紧张;(b)前起落架承受载荷大、尺寸大,相比后三点式的尾轮构造更复杂,质量更大;(c)着陆滑跑时处于小迎角状态,不能充分利用空气阻力减速;(d)会产生前轮摆振现象,需要有防止摆振的减摆器或其他防摆措施;(e)因前起承受载荷大,起飞时抬前轮相对困难。(3)自行车式这种起落架是在飞机重心前后各有一个主起落架,在飞机左、右机翼下还各有一个较小的辅助轮。自行车式起落架的飞机主要是一些机身较小,机翼单薄的飞机。这些飞机起落架如用前三点式,机身没有足够空间收藏起落架或起落架布置不能满足侧翻角等要求,单薄的机翼也没有空间收起落架,于是采用了这种自行车式起落架。自行车式起落架优点就是可以解决起落架收藏问题,它也有与前三点式起落架相同的缺点,另外,它不能采用主轮差动刹车转弯,只能通过前主轮转弯操纵机构实现地面转弯。目前只有很少数飞机采用这种起落架配置形式。(4)多支柱式这种形式起落架与点三点式类似,可以看做是前三点式起落架的衍生形式。飞机重心在主起落架之前,但是有多个主起落架。这种形式起落架主要用于大型飞机上。采用多个主起落架可以减小飞机着陆时的过载,减小起落架对跑道压力,使飞机乘坐更安全舒适。4支柱式起落架常见的起落架结构形式分为构架式、支柱式、摇臂式三种,另外还有一些非常规起落架。(1)构架式起落架构架式起落架的主要特点是:它通过承力构架将机轮与机翼或机身相连。承力构架中的杆件及缓冲器都是相互铰接的。它们只能承受轴向力而不承受弯矩,因此,这种结构的起落架构造简单,质量也较小,但难以收放,现代高速飞机基本上不采用,只有一些小型低速飞机在用。(2)支柱式起落架支柱式起落架的主要特点是:缓冲器与承力支柱合而为一,机轮直接固定在缓冲支柱上。对收放式起落架,收放作动筒可兼作撑杆。扭矩通过扭力臂传递,亦可以通过活塞杆与缓冲支柱的圆筒内壁采用花键连接来传递。这种形式的起落架构造简单紧凑、易于收放,而且质量较小,是现代飞机上广泛采用的形式之一。支柱式起落架的缺点是:活塞杆不但承受轴向力,而且承受弯矩,因而容易磨损及出现卡滞现象,使缓冲器的密封性能变差,不能采用较大的初压力。(3)摇臂式起落架摇臂式起落架的主要特点是:机轮通过可转动的摇臂与缓冲器的活塞杆相连。缓冲器亦可兼作承力支柱。这种形式的缓冲器只承受轴向力,不承受弯矩,因而密封性能好摇臂式起落架的缺点是构造较复杂,接头受力较大,因此在使用过程中的磨损亦较大。(4)非常规起落架一般飞机都在混凝土跑道起降,有些特殊飞机会在草地、雪地、水上起降,因为使用环境的不同,就产生了一些非常规的起落架,如滑撬、雪橇、气垫、浮筒式起落架等。滑撬式起落架一般包括一个小车或滚棒装置用于起降,起飞装置在飞机起飞后会留在地上。滑撬式起落架重量轻,与地面接触面积大,适合在软地面上使用。雪橇式起落架顾名思义就是起落架是类似于雪橇的装置,使用这种起落架,飞机可以在雪地上着陆。为了使飞机在无雪的地面上也能使用,飞机也常装有机轮,当需要时可以将机轮放在雪橇下面或者上面。在雪地上着陆时,机轮沉陷到雪橇支撑住飞机为止。气垫式起落架是有一气垫体位于飞机下部,由发动机向气垫体供气,空气通过气垫体下表面一系列带有角度的孔向外排出,排出的空气在飞机下方形成气垫,将飞机与地面隔开。刹车时使用滑撬或滑撬垫,当施加刹车压力时,它们即被压向地面。浮筒式起落架指飞机下部安装有两个浮筒,使飞机可以在水上起降、停留。这种形式起落架一般出现在陆基飞机改装成水上起降的飞机上。5飞机液压系统的组成不同结构形式的起落架组成会有所不同,这里以常见的大型客机起落架来说明。起落架基本组成包括缓冲支柱或缓冲器、扭力臂、机轮轮胎、刹车装置、撑杆、收放机构、前轮转弯机构、锁机构等,各组成部分功用如下:缓冲支柱或缓冲器:现代飞机上应用最广泛的是油气式缓冲器。当缓冲器压缩时,气体的作用相当于弹簧,油液以极高的速度穿过小孔,吸收大量能量并转化为热能,使飞机很快平稳下来。扭力臂:扭力臂由上、下两臂组成,上臂连接支柱外筒,下臂连接支柱内筒,主要承受、传递扭转力矩。机轮轮胎:机轮轮使飞机可以在地面滑行,着陆时轮胎也吸收一部分撞击能。主机轮上装有刹车装置。刹车装置:使飞机减速,一些飞机也可通过主轮差动刹车使飞机转弯。撑杆:根据飞机需要可设置航向撑杆、侧向撑杆,用于承受飞机地面滑行时的航向或侧向载荷。一些飞机的起落架收放作动筒兼做撑杆。收放机构:收放机构的核心部件是收放作动筒,通过液压压力使收放作动筒伸缩,再通过连杆、转轴等一整套收放机构将起落架收起或放下。前轮转弯机构:大型飞机上多设有前轮转弯机构,驾驶员通过直接对前轮转弯机构操纵使飞机在地面转弯。也有飞机设置前轮转弯机构的同时也可以通过主轮差动刹车转弯。锁机构:起落架在收起或放下后需用锁机构将其锁定在预定位置。上位锁多为挂环式,将起落架挂在收起位置。下位锁形式多样,有撑杆锁、作动筒锁、插销锁等。6可收放起落架1903年12月莱特兄弟首次飞行的飞机上还没有带机轮的起落架。1906年,巴西的桑托斯·杜蒙特的“双14”(No.14bis)在欧洲首飞成功,这是第一架带有机轮的起落架的飞机到了第一次世界大战,起落架形式有所改进,但结构仍比较简单,多是后三点式,其结构一般是采用连接到机身上的相当粗糙的支柱和具有某种程度缓冲的装置,它的缓冲作用是用缠绕在轴上的松紧绳来实现的。在第一次世界大战与第二次世界大战之间的21年中,飞机起落架有了很大发展,出现了可以收放的起落架,这就减小了飞机飞行阻力,提高了飞行速度。最早的可收放起落架是20世纪20年代后期英国布里斯托市丘辟特竞赛飞机上所用的。二战之前,大多数飞机还是采用不可收放的起落架,二战开始后,大部分战斗机和轰炸机采用了可收放起落架从二战开始,起落架设计得到了全面发展:子午线轮胎开始普遍使用;刹车材料如铍和碳已经被开发出来;采用数字化防滑控制系统;超高强度钢和应力抗腐蚀铝合金开始使用;高效率缓冲器被设计出来;前三点式起落架开始大量使用。近几十年来,起落架的结构形式和布局没有太大变化,只是更多的新材料、新技术应用到起落架设计上来。起落架控制系统采用大量电子设备和机电设备用于起落架操纵、位置检测、告警等,使起落架系统信息化、智能化。起落架结构上,高强度钢、钛合金、大型金属锻件等广泛应用,复合材料也开始在起落架上得到应用,最新出现的3D打印技术也已经在一些飞机起落架上应用。这些新材料、新技术的应用使得起落架结构重量及成本降低、