直升機無桿牽引技術

徐東杉

(中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

直升機無桿牽引技術

徐東杉

(中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

飛機牽引方式分有桿牽引和無桿牽引。近年來，無桿牽引技術研究、應用日趨成熟。詳細論述了無桿牽引的技術特點、應用范圍，進而分析了直升機牽引采用該技術的可行性。

無桿牽引；夾持舉升

0 引言

飛機在地面、艦艇甲板等場所移動需要牽引車牽引或頂推。目前比較普遍的牽引方式分有桿牽引和無桿牽引。很多飛機都采用有桿牽引方式，但隨著無桿牽引技術的日趨成熟，越來越多的飛機(特別是民航飛機)開始使用無桿牽引方式。目前，直升機普遍采用有桿牽引方式。

1 有桿牽引和無桿牽引的區別

飛機牽引方式分有桿牽引(見圖1)和無桿牽引(見圖2)。有桿牽引需要牽引車和牽引桿，結構簡單，使用方便。但存在如下問題：

1) 牽引車與牽引桿配合使用，需要占用較大的空間(主要是飛機航向)，在某些場合，如艦上極為不便；

2)由于牽引桿連接牽引車和飛機，牽引桿近似于一剛性二力桿，只承受拉力和壓力，無法傳遞扭矩等，就導致在牽引過程中，飛機容易出現失穩現象(主要為橫向搖擺)，一旦出現失穩，牽引車也無能為力，只能靠飛機自身的重心來恢復平衡；

3)需要專人掛、卸牽引桿，加上牽引車司機，牽引工作需要至少2名地勤人員完成。

無桿牽引有如下優勢：

1)占用空間較小，適用于艦上作業；

2)牽引車與飛機前起落架通過專業的夾持舉升機構連接，該機構既能保證牢牢“抱緊”前起落架機輪，進而控制飛機在牽引過程中的穩定性，且能采取一定的阻尼效應，緩沖由于地面不平等因素導致的飛機顛簸；

3)無需專人掛、卸牽引桿，最少只需牽引車司機1人即可完成牽引作業。

2 無桿飛機牽引車

2.1無桿飛機牽引車概述

無桿飛機牽引車是一種不需要牽引桿連接即可完成飛機牽引和頂推的機場地面保障設備，僅靠其自身所特有的夾持—舉升裝置，先將飛機前起落架提升，固定到牽引車上，實施對飛機的牽引、頂推作業。典型的無桿飛機牽引車見圖3[1]。

無桿飛機牽引車主要由車身行走系統、夾持舉升機構組成。

2.2無桿飛機牽引車工作原理

無桿飛機牽引車的主要工作部件是夾持舉升機構(見圖4)[2]。

當要順飛機航向牽引飛機時，牽引車先行抵近飛機前起落架機輪前方，將承載斗抵靠在前起落架機輪下方(只是接觸，不要有應力干涉)。通過液壓缸組件操縱后檔板夾持前起落架機輪后部，機輪被緩慢擠入承載斗，隨后，承載斗和檔板牢牢地“抱緊”前起落架機輪。接下來，在中轉軸的作用下，提升承載斗離開地面約100mm至150mm。然后，牽引車就能平穩地順飛機航向行駛。

2.3典型的夾持舉升機構

夾持舉升機構是無桿飛機牽引車的最重要的工作部件，其設計合理與否直接關乎牽引飛機的效率和安全。目前常用的夾持舉升機構有4種，即回轉夾持式、非對稱軌道式、對稱軌道式和軌道彈簧式[3]。

回轉夾持式夾持機構如圖5(a)所示，采用左右對稱式回轉機構，需夾持時，夾持機構通過液壓缸B控制折抱臂A向承載斗內轉，通過折抱臂伸縮液壓缸C收縮完成對飛機機輪的夾持。該機構主動件較多，需4組液壓缸實現功能。

非對稱軌道式夾持機構如圖5(b)所示，A為液壓缸，B是L形折抱臂，折抱臂上設有2個滾輪，可在導軌C上的凹槽內移動。由于導軌C為L形，當夾持機構夾持機輪時，液壓缸A開始收縮，帶動折抱臂B先轉動后移動，從而完成對飛機機輪的夾持。該機構結構簡單，僅需1個原動件就可完成夾持動作，但所需工作空間較大，且為非對稱結構，車身設計困難。

對稱軌道式夾持機構，如圖5(c)所示，它與非對稱軌道式夾持機構的區別在于采用了2個對稱結構的L形折抱臂。結構對稱，工作空間小，應用較多。

軌道彈簧式夾持機構，如圖5(d)所示。液壓缸D控制滑塊B在導軌C上移動，導軌C由直線段和曲線段組成。折抱臂與滑塊通過轉動副連接。機構打開過程：液壓缸伸長，推動滑塊移動，當滑塊運動到導軌的曲線段時，在彈簧力的作用下折抱臂打開。機構夾緊過程：液壓缸收縮拉動滑塊移動，折抱臂在導軌曲線段的作用下旋轉90°。然后隨滑塊繼續在平直軌道上移動，直到夾緊機輪。

3 直升機無桿牽引

目前直升機普遍采用傳統的有桿牽引方式，主要是因為直升機的縱向尺寸比起固定翼飛機來確實“短”很多。即使是米-26的機身長度也不過12m(當然，算上旋翼，總長也接近40m，但旋翼對直升機總體縱向慣量影響較小)，而經典的支線客機波音737，其機身長度則超過28m。因此，在牽引車與直升機之間連接牽引桿，似乎對直升機牽引作業使用空間影響不大。隨著世界各國對海洋權益和海洋開發的重視，海上軍事活動和民事活動日益頻繁，艦載直升機以其性能優良、用途廣泛等特點，成為海上活動的重要工具之一。特別是在現代海戰中，艦載直升機能夠擔負偵察、搜救、運輸、反潛、兩棲突擊、空中預警以及電子戰、水雷戰等多種使命，它的作用更加突出。這時，無桿牽引壓縮牽引作業空間，提升牽引靈活度，對于艦載機則是意義凸顯。艦上不同于地面，據有關資料顯示，海浪對艦只的主要載荷為縱搖、橫搖和垂蕩。這樣，直升機和牽引車之間的牽引桿就自然增加了直升機在牽引移動過程中的不穩定性。同時，艦上飛機眾多，各類保障設備林林總總，為了提高整艦的設備、工具的使用效率，進而提升全艦的戰斗力，艦上配備的保障設備最好能最大限度地實現在各裝備之間通用，并最大程度地減少專用、特殊保障設備的種類和數量。而直升機牽引桿顯然是屬于一種專用設備。

針對直升機牽引、頂推作業的特點，直升機從傳統的有桿牽引向無桿牽引轉變，需做好如下理論分析工作：

1) 首先建立牽引車-直升機系統的力學平衡模型，牽引車工作時將飛機的前起落架背負起來，使其離開地面，此時飛機只有主輪與地面接觸，牽引車和飛機之間存在一個鉸接點，為了防止直升機發生側翻等意外，應對整個系統的力學平衡性做出分析。

2) 需建立直升機牽引的仿真力學模型(特別是艦載直升機)，模型中應給出直升機自身總重、牽引車重量、輪胎與地面(甲板)的摩擦系數、直升機重心縱橫向允許偏差范圍、直升機牽引的安全允許速度上限、牽引的安全允許轉彎半徑上限等，進而計算出牽引車額定工作功率等重要參數，從而選用合適的無桿牽引車。下面舉例說明：

如某型直升機總重Wz為13000kg，牽引車重Wq為1000kg，摩擦系數ξ為4%，牽引速度上限V為5km/h，牽引車機械效率η為0.8：

P=F*V/η=(Wz+Wq)*ξ*V/η=

(13000*9.8+1000*9.8)*

0.04*5/(3.6*0.8)≈10kw

因此，考慮功率儲備，可選用15kw以上的輸出額定功率的牽引車。

3) 因為夾持-舉升機構要“抱緊”前起落架機輪，并將其抬離地面，因此可通過該提升力理論推算出夾持-舉升機構的液壓缸系統應輸出的液壓作用力的估算值，進而為牽引車選配合理的液壓系統提供重要的參考數據。

4) 必要時，還應對直升機、無桿牽引車的剛度特性進行分析，規避在實際牽引時牽引車-直升機系統出現折疊現象而使整個系統操縱性變差的風險。

5) 夾持-舉升機構應考慮設計緊急情況釋放裝置。一旦出現直升機失穩的危險前兆，牽引車控制系統立即做出判斷，采取主動釋放直升機的措施，讓直升機恢復穩定。

6) 為保證直升機按預定的合適路徑行進，牽引車駕駛員在控制牽引速度的同時，轉向時應緩慢、小角度。總之，以上述理論分析為基礎，建立一套適合特定使用環境的直升機牽引操縱規范。

7) 目前武裝直升機通常采用“前三點”式起落架布局(見圖6)，該情況下，無桿牽引車應牽引尾起落架。鑒于尾起落架輪胎直徑小，且起落架支架與地面有一定斜角，無桿牽引車的夾持-舉升裝置要結合這一特點做適應性調整。同時，據調查，部隊對飛機牽引作業的主要要求是牽引車的動力強勁，通過性好，操作方便。因此，可適當增強牽引車的動力，車架采用可調節高度的懸掛構造，擴展夾持-舉升裝置“抱緊”機輪的尺寸。總之，為直升機設計的無桿牽引車一定要結合部隊使用實際，在現有成熟的技術基礎上盡量拓展其應用范圍。

4 結 論

本文論述了飛機無桿牽引方式的優點，并分析了直升機采用無桿牽引方式的必要性和可行性，對直升機采用無桿牽引需要開展的各項研究給出了一些建議。

[1] 張積洪．基于Pro/Engineer的飛機牽引車夾持機構的運動仿真[J]．起重運輸機械，2008(4)：46-49．

[2] 許致華，焦永濤，洪振宇．新型無桿飛機牽引車夾持機構[J]．起重運輸機械，2012(1)：76-80．

[3] 洪振宇，許致華．無桿飛機牽引車機輪夾持舉升機構[D]．中國民航大學航空自動化學院，2012(4)：13-15.

HelicopterTowingModewithnoPole

XU Dongshan

(China Helicopter Research and Development Institute,Jingdezhen 333001 ,China)

Airplane has two towing mode : One is to tow the airplane in virtue of one towing pole between the towing tractor and the airplane ,Another is to tow the airplane only in virtue of the towing tractor .This years,the technical of towing airplane with no pole is more and more mature .This article particularly discussed the characteristic of the technical ,and so on to suppose the feasibility of the technical to be applied on helicopter.

towing with no pole ;nipping and elevating

2016-10-25

徐東杉(1979-)，男，新疆烏魯木齊人，本科，高工，從事無人直升機綜合保障設備研究。

1673-1220(2017)03-065-03

V351.34

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