淺析針對軍用飛機起落架的設計研究思路

李成偉

摘要：軍用飛機的起落架作為液壓系統的部件之一，也是飛機收放系統的重要組成部分，具有特別重要的作用，所以關于他的設計、制造尤為關鍵。其中，穩定可靠、高性能是對他的核心要求。本文在常規板簧基礎上集成了油液緩沖裝置，通過LMS motion對起落架裝置緩沖性能進行仿真分析，在同樣的下沉速度及過載要求下，剛柔混合起落架提升了板簧起落架的使用限制，大大降低了結構空間占有率，減重效果明顯，為起落架研發人員提供了一種新的設計思路。

關鍵詞：起落架;軍用飛機;板簧;落震仿真

中圖分類號：F426.5?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）11-0081-01

高性能剛柔混合起落架裝置主要由板簧、機輪組件、全油液式緩沖器、拉伸彈簧、輪載開關、連接座等組成。板簧與機身和緩沖器通過鉸接和轉動副機構連接。在飛機著陸過程中，板簧起落架主要通過板簧結構變形、繞機體轉動的全油液緩沖器阻尼行程，以及輪胎變形吸收飛機下沉速度產生的能量，使其著陸過載控制在一定的范圍內。

1 關于上下位一體式鎖機構的概要分析

撐桿式鎖機構是將鎖桿支撐于阻力桿折疊處，上鎖后使阻力桿無法折疊以承受拉壓載荷的鎖機構。某前起落架采用上下位鎖合一的支承式撐桿鎖機構，即上下位一體式鎖機構。其鎖桿與機體相連，剛度較好，上鎖后不會因受載變形而開鎖。該機構由上、下鎖撐桿，鎖彈簧與解鎖作動筒組成，鎖撐桿間裝有止動裝置（擋板和擋塊）。其工作原理為：上鎖時，在彈簧力與鎖桿自身重力共同作用下，上、下鎖撐桿向下折疊越過中心位置（兩鎖桿夾角達180o）后，擋板與擋塊相互接觸阻礙桿件繼續運動，完成上鎖，將前起落架固定于放下或收上位置;解鎖時，解鎖作動筒施加載荷克服彈簧力，拉動（下位解鎖）或推動（上位解鎖）上、下鎖撐桿向上折疊越過中心位置完成開鎖。

2 高性能剛柔混合起落架的方案設計

2.1起落架工作原理。飛機在地面滑跑階段，起落架處于停機狀態，緩沖器被完全壓縮，拉簧被拉伸，輪載開關傳感器的接觸頭與板簧上表面脫離。飛機在滑跑過程中的振動能量主要由輪胎和板簧吸收。

（1）飛機起飛后。飛機起飛后，輪胎脫離地面，在起落架自重和拉簧的共同作用下，帶動板簧繞機身轉動，輪載開關傳感器的接觸頭與板簧上表面接觸，并向飛機控制系統發出一個信號，告知飛機已處于起飛離地狀態，同時，緩沖器上腔中的油液沿阻尼孔流入緩沖器下腔，回復到初始未被壓縮的狀態。在空中，拉伸彈簧仍然處于拉伸狀態，防止起落架隨機身振動而擺動，確保飛機在著陸時緩沖器處于初始行程未壓縮狀態。

（2）飛機著陸時。在飛機著陸前，飛控系統檢查輪載開關傳感器位置信息確認起落架是否滿足著陸要求。當飛機著陸過程中，輪胎接觸地面發生變形，板簧發生結構變形并繞機身轉動，輪載開關傳感器的接觸頭與板簧上表面脫開并向飛控系統發送一個信號，告知起落架已經處于著陸狀態，同時，拉簧被拉伸，緩沖器被壓縮，起落架達到全壓縮狀態。此過程中，輪胎通過自身結構變形和壓縮其內部氣體將飛機著陸的動能轉化為熱量耗散，板簧受力并發生彈性變形，消耗飛機著陸動能，飛機著陸時的巨大沖擊使緩沖器下腔中的油液快速通過阻尼孔進入緩沖器上腔，摩擦生熱耗散能量，在輪胎、板簧和緩沖器三者共同作用下，吸收飛機著陸撞擊能量。

雙冗余拉伸彈簧設計既保證了飛機在飛行中讓板簧復位防止其隨機體一起振動，也讓全油液式緩沖器在飛機著陸前始終處于未被壓縮狀態。安裝在緩沖器上的補償器其內部的單向閥結構可以保證油液體積隨溫度熱脹冷縮緩慢變化時，油液在補償器與緩沖器內部自由流動，同時還實現了當飛機著陸時，緩沖器內部油液被劇烈壓縮，單向閥瞬間關閉，確保緩沖器緩沖效率。因此，在常規板簧起落架基礎上增加了緩沖器壓縮產生的輪軸垂向位移，實現了板簧起落架大變形，有效降低飛機使用過載。

2.2仿真分析。基于LMSmotion多體動力學軟件，對常規板簧式起落架及剛柔混合起落架進行緩沖性能仿真分析。

通過對板簧進行柔性化處理，采用Craig—Bampton模態疊加法，用模態柔性來描述板簧的彈性，并輸入板簧材料不同頻率下對應的阻尼比，以此來模擬板簧在彈性變形過程中結構所耗損的能力。

根據飛機質量和下沉速度值，讓一定投放質量的起落架從一定的高度落下，模擬飛機著陸的過程，從而驗證設計的板簧式起落架緩沖性能是否滿足要求。

2.3對比分析。對常規板簧和高性能剛柔混合起落架緩沖性能分析、強度校核及結構空間進行對比，在飛機同樣下沉速度和過載情況下，高性能剛柔混合起落架大大降低了結構空間占有率，減重效果明顯，完成板簧式起落架虛擬仿真建模之后，利用LMS軟件后處理功能進行落震虛擬仿真分析。依據同樣起落架著陸下沉速度、過載要求，分別對常規板簧起落架及剛柔混合起落架進行了緩沖性能仿真計算，常規板簧應力及變形，結構空間最大應力為900～1000MPa;板簧質量為19.96kg。最大應力為900～1000MPa;板簧質量為13.7kg。

3 結語

綜上所述，結合板簧和全油液式緩沖器的特點，將板簧和全油液式緩沖器集成設計，提出了一種高性能板簧式起落架裝置設計方案，起落架在輕質化、空間緊湊方面均大大優于常規板簧起落架，為研發人員提供了一種高性能的板簧起落架設計思路。

參考文獻：

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