淺談波音737NG起落架的適用性

張歡冰

摘要

飛機(jī)起落架是飛機(jī)重要的承力部件，其主要承受飛機(jī)的重量和飛機(jī)在運(yùn)動(dòng)中的各項(xiàng)載荷。飛機(jī)起落架的起落架靜強(qiáng)度、剛強(qiáng)度是用來承受飛機(jī)的重量的。飛機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)起落架所能承受的最主要力是落地時(shí)的撞擊力和滑行時(shí)的震動(dòng)力。本文主要從這兩方面對(duì)飛機(jī)起落架的受力情況進(jìn)行分析來判斷目前波音737NG飛機(jī)起落架的適用性。

關(guān)鍵詞：靜強(qiáng)度；剛強(qiáng)度；撞擊力；震動(dòng)力

前言

飛機(jī)制造廠家為制造的飛機(jī)編寫了飛機(jī)的零部件手冊(cè)。飛機(jī)的零部件手冊(cè)中可以查到飛機(jī)上所有的零部件的信息，對(duì)于不同的飛機(jī)還明確了零部件的適用性。中國民航總局規(guī)定，維修人員在更換飛機(jī)上任何部件時(shí)都必須按照飛機(jī)零部件手冊(cè)中的規(guī)定進(jìn)行更換。我公司前一段時(shí)間更換737NG飛機(jī)起落架時(shí)，由于零部件手冊(cè)規(guī)定牌號(hào)是162A1100-4的起落架不能裝在生產(chǎn)線號(hào)是169之后的飛機(jī)上，我公司和飛機(jī)制造廠家、局方進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的交涉后才將牌號(hào)是162A1100-4的起落架安裝到生產(chǎn)線號(hào)是169之后的飛機(jī)上。本文主要通過對(duì)737NG飛機(jī)起落架的受力情況分析探討目前波音737NG飛機(jī)起落架的適用性。

1.起落架的主要結(jié)構(gòu)和功能

飛機(jī)起落架是飛機(jī)最主要的承力部件，在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時(shí)用于支撐飛機(jī)重力，承受相應(yīng)載荷的裝置。簡(jiǎn)單的說，起落架有一點(diǎn)像汽車的機(jī)輪，但比汽車的機(jī)輪負(fù)責(zé)的多，而且強(qiáng)度也大的多，它能夠承受飛機(jī)在地面時(shí)的重量并消耗和吸收飛機(jī)在著陸時(shí)的撞擊能量。

飛機(jī)起落架主要由承力結(jié)構(gòu)、緩沖裝置、滑行裝置、減速裝置、收方機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)等組成。其主要有如下功能：

（1）承受飛機(jī)與地面接觸時(shí)產(chǎn)生的靜、動(dòng)載荷，防止飛機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)生破環(huán)。

（2）消耗飛機(jī)在著陸時(shí)和不平整的地面撞擊時(shí)產(chǎn)生的能量，防止飛機(jī)發(fā)生跳動(dòng)和震動(dòng)。

（3）在飛機(jī)著陸后，使飛機(jī)盡快停下來所消耗或吸收的飛機(jī)向前滑動(dòng)的動(dòng)能。

（4）飛機(jī)在地面滑動(dòng)時(shí)提供飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎。

2.起落架靜強(qiáng)度、剛強(qiáng)度分析

飛機(jī)的起落架受到靜力、動(dòng)力等各種類型的載荷。起落架是否能安全、可靠的裝機(jī)使用必須使起落架滿足強(qiáng)度、剛度、涉及使用壽命和規(guī)范規(guī)定的其它要求。其中起落架的靜強(qiáng)度、剛強(qiáng)度是最基本的要素之一。

在起落架結(jié)構(gòu)上，剛度不足將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受載嚴(yán)重變形，產(chǎn)生附加應(yīng)力，發(fā)生前輪擺正，減震支柱由于剛度不足形成卡滯狀態(tài)不能吸收預(yù)期能量而使著陸過載迅速增加，起落架即使不立即破壞也會(huì)照成過度損傷。

影響起落架的靜強(qiáng)度、剛強(qiáng)度主要是由于起落架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造起落架各子部件所使用的高強(qiáng)度剛的種類。

3.起落架所受的動(dòng)力分析

飛機(jī)的起落架作為飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)組成部分，不但要滿足支撐飛機(jī)的靜強(qiáng)度要求，還要滿足飛機(jī)起飛、著陸、滑跑、地面操縱等諸多動(dòng)力學(xué)上的要求。一個(gè)起落架是否可以裝這架飛機(jī)，起落架的動(dòng)力學(xué)問題是最關(guān)心的問題之一。對(duì)于現(xiàn)代飛機(jī)其涉及到的動(dòng)力學(xué)問題主要包括：

3.1 起落架落地撞擊力

起落架落地是的撞擊力學(xué)主要指飛機(jī)落地時(shí)和地面接觸的一瞬間起落架和地面產(chǎn)生的撞擊力。起落架的落地撞擊力是起落架承受的最大力，起落架能夠吸收這一撞擊力是其性能的重要指標(biāo)。

在這個(gè)受力過程中，最主要的吸收能量的部件是起落架的減震支柱。目前737NG飛機(jī)的減震支柱是變孔油氣式減震支柱，是通過固定連接在起落架減震支柱活塞上的油針，實(shí)現(xiàn)油液阻尼力隨著起落架減震支柱行程的變化而變化，從而達(dá)到其高緩沖效率、減小撞擊載荷的目的。

飛機(jī)起落架減震支柱所受的撞擊力可以由以下公式進(jìn)行計(jì)算：

= . + .

公式中， 、 分別為垂直力和水平力的傳力系數(shù)。 、 是起落架所受的水平載荷和垂直載荷。雖然飛機(jī)著陸時(shí)的水平載荷和垂直載荷是受飛機(jī)落地時(shí)飛機(jī)的著陸重量、發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，飛機(jī)著陸時(shí)的速度和飛機(jī)落地時(shí)的接地角度等參數(shù)影響的。但是在正常著陸時(shí)上述數(shù)據(jù)都是在一個(gè)范圍內(nèi)變動(dòng)的，因此起落架減震支柱的吸收的力也是在一定范圍內(nèi)進(jìn)行變動(dòng)的。

3.2 起落架著陸、滑跑時(shí)的震動(dòng)力

飛機(jī)在著陸和滑跑時(shí)起落架受的動(dòng)力主要包括飛機(jī)的著陸緩沖、滑跑減震、擺振等直線運(yùn)動(dòng)和飛機(jī)前輪操縱轉(zhuǎn)彎時(shí)非直線運(yùn)動(dòng)時(shí)飛機(jī)地面運(yùn)動(dòng)所受的力。在上述所受到的力上，最主要的兩個(gè)力是（1）飛機(jī)在著陸時(shí)，起落架由于前后機(jī)輪觸地時(shí)間不同而產(chǎn)生劇烈的俯仰震動(dòng)（2）飛機(jī)在地面滑跑，越過障礙物或滑過凹凸的跑道時(shí)，起落架也會(huì)產(chǎn)生劇烈的震動(dòng)。

上述震動(dòng)所產(chǎn)生的載荷力是一種隨機(jī)震動(dòng)現(xiàn)象，在任意時(shí)刻都不能確定其變量值的大小，但是大小在一定范圍內(nèi)。這種力對(duì)于起落架來說分兩部分進(jìn)行吸收。對(duì)于比較小的力由裝在飛機(jī)起落架上的機(jī)輪進(jìn)行吸收，但是一些比較大的力機(jī)輪就不能吸收則需要起落架結(jié)構(gòu)進(jìn)行吸收，起落架結(jié)構(gòu)吸收上述力時(shí)在起落架結(jié)構(gòu)件上形成了疲勞應(yīng)力，一架飛機(jī)按一年使用2000飛行小時(shí)計(jì)算，其滑行距離至少6萬公里，將出現(xiàn)1億多次的滑行隨機(jī)應(yīng)力。這種疲勞應(yīng)力大大降低了起落架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，最終會(huì)造成起落架結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。

4. 737NG起落架比較

根據(jù)飛機(jī)零部件手冊(cè)牌號(hào)是162A1100-9的起落架可以在所有737NG飛機(jī)上安裝，但是牌號(hào)是162A1100-4的起落架只能在生產(chǎn)線號(hào)169之前的飛機(jī)上進(jìn)行安裝。對(duì)于波音生產(chǎn)的737NG飛機(jī)的整體構(gòu)型基本上是一致的，飛機(jī)的生產(chǎn)線號(hào)只是表示飛機(jī)制造的先后順序。生產(chǎn)線號(hào)是169之前的飛機(jī)和之后的飛機(jī)其重量數(shù)據(jù)都是一致的，具體情況如下：使用空31479千克，最大載重16148千克，最大起飛重量56472千克，最大著陸重量51710千克。

根據(jù)上面對(duì)起落架靜強(qiáng)度、剛強(qiáng)度的分析，其主要是和起落架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用材料相關(guān)，根據(jù)波音飛機(jī)零部件手冊(cè)，737NG飛機(jī)牌號(hào)是162A1100-4起落架和牌號(hào)是162A1100-9的起落架其子部件都是一致的，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一致的。因此對(duì)于737NG飛機(jī)，由于牌號(hào)是162A1100-4的起落架可以安裝在生產(chǎn)線號(hào)169之前的飛機(jī)上，因此該牌號(hào)的起落架是裝在生產(chǎn)線號(hào)169之前的飛機(jī)上是滿足其靜強(qiáng)度、剛強(qiáng)度的。所以牌號(hào)是162A1100-4的起落架可以滿足所有737NG飛機(jī)的靜強(qiáng)度、剛強(qiáng)度需求。

根據(jù)起落架的所受的動(dòng)力分析：

（1）起落架的撞擊力主要由其減震支柱進(jìn)行吸收，因此這里對(duì)737NG飛機(jī)牌號(hào)是162A1100-4上的減震支柱和牌號(hào)是162A1100-9上的減震支柱進(jìn)行比較分析。起落架的減震支柱是由內(nèi)筒和外筒組成的，其牌號(hào)具體見下表：

減震支柱對(duì)比表

根據(jù)上表，高等級(jí)的起落架減震支柱內(nèi)外筒都是由低等級(jí)的起落架減震支柱內(nèi)外筒升級(jí)而來的。由此可以得出高等級(jí)的起落架減震支柱是由低等級(jí)的起落架減震支柱升級(jí)而來的。通過之前的公式計(jì)算上述兩個(gè)減震支柱的受力情況，其受到的撞擊力都是在相同范圍之內(nèi)的。根據(jù)起落架相關(guān)資料顯示高等級(jí)起落架的承受的撞擊力范圍更大，由此得出結(jié)論737NG飛機(jī)高等級(jí)的起落架減震支柱由于設(shè)計(jì)的升級(jí)其可靠性更高。

（2）由于起落架著陸、滑跑時(shí)的動(dòng)力會(huì)引起起落架疲勞受損，對(duì)于737NG飛機(jī)的起落架波音公司制定了起落架及其子部件的報(bào)廢期限。對(duì)于牌號(hào)是162A1100-4的起落架和牌號(hào)是162A1100-9的起落架使用報(bào)廢期限都是75000個(gè)起落。同時(shí)對(duì)于起落架的主要受力子部件也根據(jù)強(qiáng)度等情況制定了從45000個(gè)起落架到75000個(gè)起落報(bào)廢的使用限制，并且這兩個(gè)起落架上的相同子部件的報(bào)廢期限都是一致的。由于這兩個(gè)起落架的壽命件的報(bào)廢期限都是一致的，這兩個(gè)起落架在日常使用中所能承受疲勞應(yīng)力的能力是一致的。

5.結(jié)束語

牌號(hào)是162A1100-9的起落架是由牌號(hào)是162A1100-4的起落架升級(jí)而來的，對(duì)于起落架的可靠性而言牌號(hào)是162A1100-9的起落架比牌號(hào)是162A1100-4的起落架可靠性高。但是對(duì)于起落架的適用性，牌號(hào)是162A1100-4的起落架可以裝在生產(chǎn)線號(hào)是169以后的飛機(jī)上。波音公司在其零部件手冊(cè)中的適用性的目的是希望航空公司花更過的錢去買其可靠性更高的起落架。目前我國民航業(yè)還沒有自己的零部件手冊(cè)，希望今后中國的民航業(yè)能根據(jù)中國自己的實(shí)際情況制定出自己的零部件手冊(cè)為中國的航空公司服務(wù)。

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