民用飛機(jī)主起落架單側(cè)撐桿和雙側(cè)撐桿的權(quán)衡研究

高超

【摘 要】本文通過(guò)多方面權(quán)衡比較主起落架單側(cè)撐桿和雙側(cè)撐桿，為主起落架結(jié)構(gòu)形式選擇提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】主起落架；單側(cè)撐桿；雙側(cè)撐桿

【Abstract】This paper provides a reference for the selection of main landing gear structures through main landing gear single stay and dual stay trade off.

【Key words】Main landing gear；Single stay；Dual stay

1 側(cè)撐桿的發(fā)展趨勢(shì)

主起落架側(cè)撐桿的作用是提供受力支撐和載荷傳遞[1]。隨著技術(shù)發(fā)展，民用飛機(jī)主起落架側(cè)撐桿形式主要有兩種：雙側(cè)撐桿和單側(cè)撐桿，如圖1所示。至于具體采用哪種形式，需要從多方面進(jìn)行權(quán)衡研究。

2 方案對(duì)比

雙側(cè)撐桿與單側(cè)撐桿方案從以下幾個(gè)方面進(jìn)行比較：

a）綜合重量

對(duì)于碳纖維復(fù)材機(jī)翼，從飛機(jī)級(jí)角度來(lái)說(shuō)，后翼梁采用更多的連接點(diǎn)從而單個(gè)連接點(diǎn)承受更少載荷更有利。為了承受主起落架傳遞的載荷，后翼梁和蒙皮的厚度必須要增加。相對(duì)于金屬機(jī)翼，碳纖維復(fù)材機(jī)翼的厚度過(guò)渡區(qū)域更大，從而會(huì)削弱復(fù)材機(jī)翼的重量?jī)?yōu)勢(shì)。因此，如果采用復(fù)材機(jī)翼，會(huì)偏向于選擇雙側(cè)撐桿方案。

對(duì)于金屬機(jī)翼，由于鋁合金過(guò)渡區(qū)域非常小，兩種方案區(qū)別不大。因此，綜合重量的權(quán)衡在于機(jī)翼材料的選擇。從飛機(jī)級(jí)角度來(lái)說(shuō)，復(fù)材機(jī)翼搭配雙側(cè)撐桿起落架比金屬機(jī)翼搭配單側(cè)撐桿起落架重量更輕。

b）成本

雙側(cè)撐桿方案較單側(cè)撐桿方案相比，在研發(fā)及系統(tǒng)集成試驗(yàn)和機(jī)上地面試驗(yàn)等試驗(yàn)驗(yàn)證方面更為復(fù)雜，所以需要的費(fèi)用相對(duì)較高。

c）載荷傳遞

主起落架與飛機(jī)的連接點(diǎn)有兩種形式：主起梁和主起肋。主起梁位于后翼梁和機(jī)身一側(cè)區(qū)域。前支撐點(diǎn)位于后翼梁，后支撐點(diǎn)位于主起梁。考慮載荷和空間包線，主起梁通常采用鈦合金或者鋁合金。主起梁的優(yōu)勢(shì)之一是可以把軸的載荷通過(guò)3個(gè)連接點(diǎn)傳遞到飛機(jī)。主起肋通過(guò)懸臂方式與后翼梁相連，前后支撐點(diǎn)都位于主起肋。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以減小主起連接點(diǎn)的體積，缺點(diǎn)是軸的載荷全部集中于后翼梁相對(duì)較小的區(qū)域，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

單側(cè)撐桿主起落架與機(jī)體有3個(gè)連接點(diǎn)：前支柱連接點(diǎn)，后支柱連接點(diǎn)和單支撐連接點(diǎn)，如圖2所示。單側(cè)撐桿既可以選擇主起梁也可以選擇主起肋與機(jī)身相連接。

雙側(cè)撐桿主起落架與機(jī)體有4個(gè)連接點(diǎn)：前支柱連接點(diǎn)，后支柱連接點(diǎn)，前支撐連接點(diǎn)，后支撐連接點(diǎn)，如圖3所示。現(xiàn)在所有的雙側(cè)撐桿主起落架都是采用主起梁形式。雙側(cè)撐桿相對(duì)于單側(cè)撐桿，增加了一個(gè)后側(cè)撐桿，主要的優(yōu)勢(shì)是降低軸連接載荷。采用正確的支撐角度和軸連接構(gòu)型，可以降低50%左右的軸連接載荷。目前最新的采用碳纖維復(fù)材機(jī)翼的空客A350和波音B787飛機(jī)都采用了雙側(cè)撐桿搭配主起梁的形式。主起梁形式可以降低后翼梁的載荷，從而降低機(jī)翼梁和飛機(jī)蒙皮的制造難度，最大程度發(fā)揮復(fù)材機(jī)翼相對(duì)于金屬機(jī)翼的重量?jī)?yōu)勢(shì)。雙側(cè)撐桿起落架的缺點(diǎn)是載荷不確定，需要考慮所有相關(guān)組件的剛度，避免內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生。

d）適航要求

主起落架的設(shè)計(jì)要滿足應(yīng)急斷離適航條款要求。即為了降低災(zāi)難危害程度，減少人員傷害，在主起落架和機(jī)翼連接處采用應(yīng)急斷離設(shè)計(jì)。當(dāng)起落架承受載荷過(guò)大時(shí)，起落架和機(jī)翼分離，保護(hù)機(jī)翼油箱，避免發(fā)生火災(zāi)，危及乘客人身安全[2]。在應(yīng)急斷離方面，單側(cè)撐桿和雙側(cè)撐桿為了滿足適航要求，都有各自的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

e）收起空間

兩個(gè)方案相比，主起的收起空間并沒(méi)有大的區(qū)別。主要區(qū)別在于主起梁和主起肋的選擇，單側(cè)撐桿搭配主起肋的形式需要較淺的機(jī)翼空間；雙側(cè)撐桿搭配主起梁的形式需要更深的空間容納主起梁和增加的后側(cè)撐桿。因此，兩種形式需要不同設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)最大空氣動(dòng)力學(xué)效率。

f）備份放

當(dāng)正常放起落架失效時(shí)，起落架需要通過(guò)備份能源進(jìn)行起落架和艙門(mén)開(kāi)鎖，通過(guò)重力和空氣動(dòng)力進(jìn)行放輪，最終通過(guò)鎖連桿和彈簧進(jìn)行鎖定。對(duì)于單側(cè)撐桿，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易；對(duì)于雙側(cè)撐桿，需要考慮前側(cè)撐桿和后側(cè)撐桿同步鎖定，問(wèn)題相對(duì)而言較為復(fù)雜。為了保證備份放系統(tǒng)的可靠性和魯棒性，需要通過(guò)地面起落架系統(tǒng)集成試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。

3 現(xiàn)役機(jī)型

現(xiàn)役機(jī)型對(duì)兩種方案的應(yīng)用情況如表1所示。最新的寬體飛機(jī)空客A350和波音B787都采用復(fù)材機(jī)翼搭配雙側(cè)撐桿起落架方案

4 結(jié)束語(yǔ)

從雙側(cè)撐桿和單側(cè)撐桿方案的綜合對(duì)比以及最新現(xiàn)役飛機(jī)采用方案來(lái)看，具體采用哪種起落架形式，需要從飛機(jī)級(jí)角度綜合考慮進(jìn)行決定。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高澤迥，黃振威.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：起飛著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)（14分冊(cè)）[M].北京：航空工業(yè)出版社，2002.

[2]SAE AIR4566.Crashworthy Landing Gear Design[S].USA：SAE Technical Paper，2007.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]