飛機起落架上下位一體鎖式收放機構的設計研究

朱曉寧， 李田囡， 鐘聲

（中航飛機起落架有限責任公司，長沙410200）

1 引 言

起落架鎖包括上位鎖、下位鎖等，它們能否正常工作至關重要。上位鎖的功用是將起落架支柱固定在收上位置，承受飛機各飛行情況下的起落架質量載荷；下位鎖的功用是將起落架支柱固定在放下位置。如果上位鎖卡住，妨礙起落架放下，下位鎖上鎖失效，起落架不能放下到位，均可使飛機毀壞［1］。本文對一種起落架上下位一體鎖式收放機構設計進行研究，就其收放形式、工作原理及其鎖撐桿支撐點位的布置和起落架收放角度的函數關系進行設計分析研究，對這種撐桿鎖的前期設計提供設計理念的支持。

2 工作原理

圖1 起落架上下位一體鎖式收放機構簡圖

起落架上下位一體鎖式收放機構如圖1 所示。放下狀態時，上、下支撐形成一個向下過死點的撓度（CF），上、下鎖桿也形成一個向下過死點的撓度（OQ），同時，上、下鎖桿之間有止動結構使之不能繼續向下運動，在上鎖彈簧的作用下，此鎖桿機構無法運動而保證起落架下位鎖定狀態。

收上過程中，開鎖作動筒使上、下鎖桿克服撓度使起落架收放機構開鎖；開鎖后，收放作動筒使起落架收起，收放作動筒僅能把起落架收上至上、下鎖桿在死點狀態，即上、下鎖桿成一條直線，在上鎖彈簧的作用下，上鎖彈簧把上、下撐桿拉過死點，形成與下位上鎖狀態一樣的鎖定狀態。

起落架放下時同起落架收上狀態一樣，開鎖作動筒收縮使鎖桿過死點開鎖，收放作動筒僅能把起落架放下至上、下支撐在死點狀態，即上、下支撐成一條直線，在上鎖彈簧的作用下，上鎖彈簧把上、下鎖桿拉過死點，形成下位的鎖定狀態。

3 設計分析研究

3.1 機構簡化

圖1 中的OQ 撓度是對四連桿機構的死點原理［2］的工程實現，上鎖之后的鎖桿組件因上鎖彈簧的作用保持鎖緊狀態，因此，對圖1 中的結構位置進行理論簡化。起落架上下位一體鎖式收放機構簡化為圖2 所示形式。

圖2 收放機構簡化圖

3.2 機構分析

對上下位一體鎖的結構形式和運動特性進行分析和研究，得出圖3 所示的解析圖。

圖3 收放機構簡析

如圖3 所示，A（A′）點為起落架主旋轉軸，B 點為起落架支柱上與收放機構的連接軸，D（D′）點為起落架收放機構與機身連接軸，C 點為鎖撐桿支撐點，CF 為上下支撐過死點（上、下支撐成一條直線時）的撓度，θ 為起落架收放角度。

根據工程實際，在起落架方案初期，起落架主接口已定，即A（A′）點和D（D′）點已知，同時，設計收放機構時，起落架與收放機構的接口也基本已定，即B 點已知，根據文獻［1］第483 頁，撐桿鎖撓度一般控制在7～14mm 之間,即CF 基本可定，因此對于圖3 中各參數可知，A（A′）點、B 點、D（D′）點，CF 已知。

對圖形進行分析，圖中θ 為起落架收放角度，一般根據飛機的站位和艙體空間來限定在已定范圍內，圖中F點為上、下支撐分界點C 對BD 的垂足。分析可知，F 點的布置與起落架收起角度有關，因此本文對F 點的位置和起落架收放角度之間的關系進行研究。

為了方便定義F 點的位置，設BF/BD=λ1，則對△BCD 有：

為了方便計算，連接CC′點，分析可知AD 為∠CAC′和∠CDC 的角平分線，在AD 上，設AE/AD＝λ2，則對△ACD 有

設AD/cos（θ/2）＝k，則

對△ABC 有

由式（4）、（5）得：

由式（5）、（6）得：

3.3 方程組求解

由式（1）、（8）得：

由式（2）、（7）得：

設2kABcos（γ-θ/2）=m；2kADcos（θ/2）=n，則聯立式（9）、（10）得

解得：

4 結果分析

圖4 θ-λ1 對應關系圖

根據上述計算結果，針對某型號的具體數據，用MATLAB 軟件對上述關系式進行分析［3］，得 出λ1與θ的對應關系如圖4所示。

對參數進行分析可得出以下結論：

Ⅰ→Ⅱ段：由于起落架收放角度太小，同時還要達到上下位一體鎖的結構形式，在工程上幾乎不可能實現；λ1與θ 關系無明顯規律，不推薦使用；

Ⅱ→Ⅲ段：λ1隨θ 增大呈下降趨勢，且改變趨勢平緩，說明收放角度越大，F 點應越靠近B 點才能實現，即收放角度越大，下撐桿越短；同時，在收放機構設計時應考慮收放機構的承載能力，F 點也直接影響收放機構的承載能力，因此在設計時，若將F 的最佳承載位置控制在一定范圍內時，起落架的收放角度也會控制在一定范圍內，屆時可通過飛機具體情況權衡最佳布局。

Ⅲ→Ⅳ段：λ1逐漸趨于0，即收放角度過大時，下撐桿BF 過短，承載能力大幅下降，同時過短的支撐工程上也無法實現；設計時可采用數據少，不推薦選用。

5 結 語

在設計類似上下位一體鎖形式的撐桿收放機構時，根據起落架的實際特征、收放角度、收藏空間及受力情況等，結合本文內容，可快速確定機構在何種布局下能滿足起落架設計要求。

［1］ 飛機設計手冊總編委會.飛機設計手冊，第14 卷［M］.北京：航空工業出版社，2002：466，483.

［2］ 黃錫愷，鄭文維.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，1984：214.

［3］ 周建興，豈興明，矯津毅，等.MATLAB 從入門到精通［M］.北京：人民郵電出版社，2008：194.