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飞机构造学 主讲教师: ZHANG,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),概述,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。,1. 轮式起落架,2. 滑橇轮式起落架,3. 浮筒式起落架,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,一、起落架的类型,可收放式,固定式,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。,二、起落架的功用和组成,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%。,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:,三、起落架的设计要求,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。,二、起落架的外载荷,起落架的外载荷,现代飞机着陆时的最大使用过载可达35。,起落架大致可以分为以下几种载荷情况: 着陆撞击载荷 滑跑冲击载荷 刹车载荷 地面静态载荷,2. 滑跑冲击载荷 3. 刹车载荷,1. 着陆撞击载荷,垂直方向的过载:战斗机为35,小型多用途飞机为23,运输 机为0.71.5; 在不光滑的跑道上粗暴着陆时,水平方向的过载系数约为12; 带侧滑接地或在地面急转弯时,侧向过载系数为0.31.0。,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,起落架的配置形式,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。,后三点式起落架优点: 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。 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。,后三点式起落架缺点: 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。 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。 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。 在停机、起、落滑跑时,前机身仰起,因而向下的视界不佳。,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: 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。 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。 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。 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。,前三点式起落架缺点: 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。 前起落架承受的载荷大、尺寸大、构造复杂,因而质量大。 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。 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。,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,前三点式和后三点式的比较,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。,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: 解决了部分飞机主起落架的收放问题 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。,自行车式起落架缺点: 前起落架承受的载荷较大,而使尺寸、质量增大。 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。 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。,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。,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。,起落架结构类型,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: 起落架尺寸大,不能收放。,起落架结构类型,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。,起落架结构类型,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。 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。,滑行装置,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,滑行装置,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。,滑行装置,双轮式 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。,滑行装置,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。,起落架缓冲装置的功用,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,飞机着陆缓冲原理,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,缓冲装置,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动迅速停止。,飞机着陆缓冲装置,缓冲器/支柱 轮胎,对缓冲装置的要求,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,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 轴承 浮动式阻尼阀 排油管及排油阀,油气缓冲器,油气式缓冲支柱,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。,油气式缓冲支柱,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。,油气式缓冲支柱,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,油气式缓冲支柱,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。,油气式缓冲支柱,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,油气式缓冲支柱
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