飞机结构与系统(第六章 起落架系统)

1、第六章 起落架系统,本章内容 起落架系统概述 起落架的结构型式和受力 起落架减震系统 前起落架特定装置 刹车装置 收放机构,起落架系统概述,起落架是飞机的重要组成部分，主要用于实现飞机 起飞、着陆、地面滑行和停放等功能，并吸收和耗散飞 机在着陆和地面运动过程中所产生的各种能量，例如： 飞机接地下沉速度产生的垂直动能，滑跑时的结构摆振 和由于地面不平坦产生的能量，以及飞机刹车时所要吸 收和耗散的飞机水平方向动能，等等。 起落架装置重量约占全机重量的3.7%5%，占飞机 结构重量的10%15%。,一、起落架的功用,起落架系统概述,1. 机轮起落架,二、飞机起落装置的类型,起落架系统概述,二、飞机起

2、落装置的类型,2. 雪橇式起落架 着陆场所: 冰雪机场、松软土 质跑道、草坪,C-5,起落架系统概述,二、飞机起落装置的类型,3. 水上飞机起落架 船身式飞机,US-1A（日）,起落架系统概述,二、飞机起落装置的类型,3. 水上飞机起落架 浮筒式飞机 硬式浮筒 （不可收放） 软式充气浮筒 （可收放）,起落架系统概述,主要组成： 支柱、减震器、机轮 功用： 支柱： 用于安装机轮、将起落架连接 到飞机机体结构上。 减震器： 用于飞机在着陆和在机场地 面运动时吸收并消耗冲击能量 机轮： 用于飞机在地面上的运动 防滑刹车系统、收放机构、电液系统等。,三、起落架的结构组成,起落架系统概述,1. 基本要求

3、： 与飞机机体结构相同：最小重量要求、易使用维护性、工艺性及 经济性等。 按安全寿命（疲劳寿命）原理设计，要求起落架与机体结构同 寿。 2. 自身要求： 1）良好的减震性能； 2）地面运动时良好的操纵性、稳定性； 3）良好的刹车制动性能； 4）“漂浮性”要求； 5）与机体连接合理、可靠，并具备良好的收放可靠性； 6）防护要求。包括：自身防护以及当起落架结构失效时避免对其 他机构造成破坏。,四、起落架的设计要求,起落架系统概述,四、起落架的设计要求,3. 实例： C-5A银河大型远程军用运输机： 最大起飞重量330t，最大载重120t。 起落架布置： 4个主起1个前起； 28个机轮； 双动式减震

4、器； 主起可以旋转； 侧风定向系统； 机身高度可调； 装载地板倾斜度可调； 等等。,C-5A三面图,起落架系统概述,1. 着陆撞击载荷： 飞机降落姿态可能是：三点着陆、两点着陆、一点着陆或侧滑着陆。 着陆过程中承受不同载荷：垂直撞击、前方撞击、侧向撞击载荷和 惯性力矩。 现代飞机一般规定起落架垂直方向载荷系数：战斗机为35，小型 多用途飞机为23，运输机为0.71.5；规定在不光滑的跑道粗暴着陆 时水平方向载荷系数为12；在带侧滑接地或地面急转弯时，侧向载 荷系数约为0.31.0。,五、起落架的外载荷,起落架系统概述,五、起落架的外载荷,2. 滑跑冲击载荷： 起飞、着陆的滑跑过程中，由于道面不

5、平或道面杂物造成对起落 架的冲击载荷；还包括由于未被减震装置耗散掉的着陆能量引起的 振动（逐次衰减）。 载荷虽小于着陆撞击载荷，但由于滑跑距离长，滑跑冲击载荷的 反复作用次数多。,起落架系统概述,五、起落架的外载荷,3. 刹车载荷： 着陆滑跑过程中刹车引起的载荷。 除轮胎和地面摩擦力外，还有刹车力矩引起的垂直载荷。,起落架系统概述,五、起落架的外载荷,4. 静态操纵载荷和地面停放载荷： 飞机在牵引、进入定位常用牵引架对起落架进行 各方向的推、拉、扭、摆，造成静态操纵载荷；飞 机停放并固定在地面时可能会受到的由于大风引起 的系留载荷，等等,起落架系统概述,五、起落架的外载荷,5. 起转、回弹载荷

6、： 飞机着陆过程中，在机轮触地瞬间，由于地面摩擦力的作用，产 生使机轮转动的力矩，并使静止的机轮开始滚动并加速，这就是机 轮起转过程。机轮滚动的线速度等于飞机水平速度时，起转过程结 束。 起转过程中出现的最大摩擦力即是起转载荷。 起转阶段中，由于起转载荷的作用，起落架弹性支柱产生向后的 变形，积蓄了变形能。当起转阶段结束时，弹性支柱将变形能释放 出来，产生作用在轮轴上的向前的回弹力，称为回弹载荷。,起落架系统概述,1. 后三点式 优点： 尾部起落架受力小，结构短、小，易收藏； 缺点： 1） 地面运动的方向稳 定性差； 2) 猛烈刹车时有翻倒 的倾向。 3）对于喷气式飞机， 尾喷管的气流易损 伤

7、跑道。 4）着陆时前视界较差,六、起落架的布置形式,起落架系统概述,六、起落架的布置形式,2. 前三点式 优点：克服了后三点起落架的几乎所有缺点. 1）飞机的地面运动方向稳定性好； 2）飞机着陆时可猛烈刹车而不致 使飞机向前翻到； 3) 着陆时前视角好； 4） 发动机喷流不会损伤跑道。 缺点： 1） 前起落架受力大、比较长，质 量大，抬头难，布置困难； 2) 前轮易摆振。,起落架系统概述,六、起落架的布置形式,2. 前三点式 滑跑方向稳定性： 两主轮上的摩擦力合力 绕飞机重心的力矩将减小偏 向，使飞机转回原来方向滑 跑。,起落架系统概述,六、起落架的布置形式,2. 前三点式 着陆刹车： 飞机质

8、心离前起落架很远。,起落架系统概述,六、起落架的布置形式,3. 自行车式 该种布置形式为特定布局的飞机 所采用，如“鹞”式战斗机。 协调货舱(弹舱)或动力装置、上 单翼和起落架之间的布置关系。,起落架系统概述,六、起落架的布置形式,3. 自行车式 缺点： 1）前起落架载荷很大(约承担40%的总载荷)，抬头困难； 2）要求前后机轮同时着 地，难度很大； 3）前轮需安装转弯机构； 4）起落架收藏所需开口使 结构增重很大。,海鹞,起落架系统概述,六、起落架的布置形式,4. 多支点式 (多轮多支柱) 常用于起飞重量超过200t的重型运输机和客机上。2个以上主起落架 ，主起可双轮可小车式，飞机重心位于前

9、后主起落架支柱之间，结构布 局类似前三点式。,起落架系统概述,六、起落架的布置形式,4. 多支点式 (多轮多支柱) 优点： 1）分散过大的载荷，减小 局部载荷； 2）起落架生存性好； 3）刹车效能较好（刹车机 构分散在各机轮上，散 热性较好）。 4）同前三点式,起落架结构型式和受力,由杆系构成空间桁架结构。 优点：构造简单。 缺点：不可收放，阻力大。 应用：低速轻型飞机、 直升机。,一、构架式起落架,起落架结构型式和受力,1. 简单支柱式起落架 主要受力构件为减震支柱(支柱 与减震器合成一个构件)。,二、简单支柱式和撑杆支柱式起落架,起落架结构型式和受力,二、简单支柱式和撑杆支柱式起落架,2.

10、 撑杆支柱式起落架 在支柱中部加一撑杆，使减震 支柱以双支点外伸梁的形式受力， 大大减小支柱上端的弯矩。 撑杆可以同时兼做折叠连杆， 或者用作动筒锁定后作为撑杆。,起落架结构型式和受力,二、简单支柱式和撑杆支柱式起落架,3. 支柱式起落架特点 优点： 1）结构简单，传力直接，圆筒形支柱具有较好的抗压、抗弯、抗扭的综合性能，重量轻，体积小，易收藏。 2）可采用不同的轮轴、轮叉形式，可调整机轮接地点和机体连接点之间的相互位置和起落架高度。,起落架结构型式和受力,二、简单支柱式和撑杆支柱式起落架,3. 支柱式起落架特点 缺点： 1）不利于吸收前方来的撞击，通常将支柱前倾一个角度，但在受垂直撞击时会受

11、到附加弯矩。 2）由于减震支柱受弯，密封性较差，减震器压力受到限制，初始气压约3Mpa，最大许可压力一般在10Mpa。因而行程较大，支柱较长，重量增加。,起落架结构型式和受力,二、简单支柱式和撑杆支柱式起落架,3. 支柱式起落架特点 缺点： 3）需用扭力臂，阻止内外筒相对转动，因内外筒之间无法直接传递扭矩（以弯矩形式传递扭矩）。 应用： 适用于起落架较 长、跑道路面较好、 前方撞击较小的飞机 ，更多应用在主起落 架。,起落架结构型式和受力,1. 减震器与受力支柱分开,三、摇臂支柱式起落架,起落架结构型式和受力,三、摇臂支柱式起落架,1. 减震器与受力支柱分开,起落架结构型式和受力,三、摇臂支柱

12、式起落架,2. 减震器与受力支柱一体（半摇臂） 适于前轮上使用，便于前轮转弯。,起落架结构型式和受力,三、摇臂支柱式起落架,2. 减震器与受力支柱一体（半摇臂） 适于前轮上使用，便于前轮转弯。,起落架结构型式和受力,三、摇臂支柱式起落架,3. 摇臂式起落架特点 优点： 1) 对前方撞击、垂直撞击减震较好 ； 2) 减震器上受到力大于机轮上的力行程小起落架高度可较小； 3) 减震器受弯矩小或不受弯矩减震器密封性好气体压力大（50MPa）行程小支柱短起落架高度可较小； 缺点： 1）摇臂受力大且复杂、交点多、协调关系多； 起落架构造和工艺均复杂、重量大、前后尺寸大。 应用： 摇臂式起落架适用于起落架

13、高度较小、着陆速度较大、或使用跑道较差的飞机，尤其在前起落架上用的较多。,起落架结构型式和受力,特点： 优点： 避免中、上单翼的飞机主 起落架较长、较重、收藏不 便等困难。 缺点： 1）斜撑杆式的支柱受很大弯 矩； 2）收放机构复杂，重量大。,四、外伸式起落架,米格-23,起落架结构型式和受力,四、外伸式起落架,起落架结构型式和受力,1. 目的 减小机轮对地面压力，提高飞机的漂浮性； 避免机轮过大难以收藏。,五、多轮式起落架,安225重型运输机,起落架结构型式和受力,五、多轮式起落架,2. 类型 小车式（4、6轮），应用最广泛； 并排布置（4轮），当用于主起时需作特殊设计，以便于转弯，收放机构

14、比较复杂； 前后串列式。,起落架结构型式和受力,五、多轮式起落架,3. 多轮小车式起落架,起落架结构型式和受力,五、多轮式起落架,4. “爵克”式起落架（前后串列式）,构造：两轮子-两摇臂-减震支柱（水平安装且与机身轴线平行） 优点：均匀受力、地面滑跑时的振动不致传到机身上； 可使机轮半收缩，实现下蹲和倾斜。,起落架结构型式和受力,五、多轮式起落架,5. 波音747主起落架,将各主起减震器用油管相互连通-每个起落架受载均匀,起落架减震系统,一、减震系统概述,1. 功用： 缓解飞机着陆撞击、滑跑阶段隔离地面引起的振动的作用，并 保证飞机地面滑跑时具备良好的操纵稳定性。 也常称为缓冲系统。 2.

15、组成： 轮胎（吸收能量：30-40%低压 10-15%高压） 减震器（缓冲器）,起落架减震系统,一、减震系统概述,3. 对减震装置的要求： 1）具有较高的减震效率； 2）吸收的大部分能以热量的型式被耗散； 3）便于起落架能及时承受再次撞击； 4）满足使用跑道的地面通过性要求。,起落架减震系统,一、减震系统概述,4. 种类： 1）固体弹簧式 橡皮绳式、钢弹簧式等。 效率低，只适于轻型低速飞机和后三点式飞机的尾轮,起落架减震系统,一、减震系统概述,4. 种类： 2）流体弹簧式 气体式 油气式 全油液式,全油液式减震器,油气式减震器,起落架减震系统,一、减震系统概述,4. 种类： 2）流体弹簧式 不

16、同类型减震器的效率与重量比较,起落架减震系统,二、油气式减震器,1. 典型构造及工作原理： 1）气体弹簧 气体弹簧力：,起落架减震系统,二、油气式减震器,1. 典型构造及工作原理： 1）气体弹簧 气体吸收的能量：,可以用调节V0或p0的方法来调节减震器的行程S和软硬程度。,起落架减震系统,二、油气式减震器,1. 典型构造及工作原理： 1）气体弹簧 若只有气体工作（气体减震器）的缺点： 只能吸收能量，减少撞击过载，但不能耗散能量； 功量图效率低。,起落架减震系统,二、油气式减震器,1. 典型构造及工作原理： 2）油液阻尼,起落架减震系统,二、油气式减震器,1. 典型构造及工作原理： 3）油气缓冲

17、器载荷 气体弹簧力油液阻尼力摩擦力 压缩行程： 伸展行程：,起落架减震系统,二、油气式减震器,1. 典型构造及工作原理： 4）减震器性能指标 a) 效率系数（充实系数） ： 表示功量曲线的充实度，反映 吸能效率的大小,起落架减震系统,二、油气式减震器,1. 典型构造及工作原理： 4）减震器性能指标 a) 热耗系数（滞后系数） ： 表示压缩和伸展曲线所围面积 的大小程度，反映消耗能量的 能力大小,起落架减震系统,二、油气式减震器,落震试验实测曲线,起落架减震系统,二、油气式减震器,2. 变阻尼孔（变油孔）装置：,起落架减震系统,二、油气式减震器,3. 双动式（双腔式）油气缓冲器：,起落架减震系统

18、,三、全油液式减震器,优点：结构紧凑，长度、体积小 缺点：高压，低温油液特性发生改变，影响减震性能,起落架减震系统,四、轮胎,1. 轮胎的类型 低压轮胎： 0.250.35Mpa 中压轮胎： 0.350.65Mpa 高压轮胎： 0.651.0Mpa 超高压轮胎：1.0Mpa,起落架减震系统,四、轮胎,2. 轮胎构造,起落架减震系统,四、轮胎,3. 轮胎工作特性及选用原则 起飞、着陆速度； 场地条件 起落架停机载荷、最大使 用载荷； 机体收藏条件、空间,前起落架特定装置,一、前轮的自由定向及偏转操纵装置,前轮自由定向,前起落架特定装置,一、前轮的自由定向及偏转操纵装置,前轮最大偏角由所需最小转弯

19、半径决定:,前起落架特定装置,一、前轮的自由定向及偏转操纵装置,前起落架特定装置,二、前轮减摆装置,1. 摆振现象 当飞机在地面高速滑跑时，若前轮受外界影响发生偏移，会在自身弹性力和地面摩擦力的交替作用下绕轴线左右摇摆（S形运动轨迹）。 （一种高频自激振动）,前起落架特定装置,二、前轮减摆装置,2. 减摆、防摆措施 增大稳定距 提高轮胎、支柱刚度 装备减摆器,旋转臂带动活塞在壳体内来回移动 机轮带动活动旋板在壳体内来回转动,前起落架特定装置,二、前轮减摆装置,2. 减摆、防摆措施,YZL-16前轮操纵减摆器,前起落架特定装置,三、前轮纠偏装置（中立装置）,1. 凸轮式内纠偏装置,这种形式简单可

20、靠，故得到广泛采用， 只是缓冲器内部的构造稍复杂些， 另外，缓冲器支柱也会较长一些。 (因凸轮占据了一部分长度),前起落架特定装置,三、前轮纠偏装置（中立装置）,2. 滚棒凸轮式纠偏装置,前起落架特定装置,三、前轮纠偏装置（中立装置）,3. 楔杆式外纠偏装置 这种装置不够完善，因为 有可能在放下着陆前遇侧向 力而使前轮偏转，不能完全 保证着陆时的中立位置。,刹车装置和收放装置,刹车系统基本要求及分类 基本要求： 正常着陆时的刹车作用； 中止起飞猛烈刹车不应起火或破坏； 满足多次连续起飞和着陆要求； 保证必要的效率； 发动机额定状态工作下，在起飞线基本能刹住机轮。,一、刹车装置,刹车装置和收放装置,一、刹车装置,刹车系统基本要求及分类 分类： 正常（主）刹车系统； 应急（备份）刹车系统； 起飞停机刹车系统； 停放刹车系统； 起落架收上机轮刹停系统。 按工作介质分