飛機(jī)應(yīng)急放性能仿真分析

張恒康++楊尚新

摘 要：文章根據(jù)適航條款對起落架應(yīng)急放功能的要求，研究了起落架應(yīng)急放機(jī)理，分析了起落架運(yùn)動過程中載荷變化，建立了某機(jī)型民用飛機(jī)艙門聯(lián)動式前起落架動力學(xué)仿真模型，模擬仿真起落架應(yīng)急放過程，從起落架支柱合力矩曲線判別起落架應(yīng)急放功能是否失效。推算不同飛行速度對應(yīng)急放功能的影響，為制定起落架應(yīng)急放操作速度要求提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：起落架；收放機(jī)構(gòu)；應(yīng)急放；動力學(xué)分析

1 概述

起落架是飛機(jī)重要部件，起落架的正常收放是飛機(jī)安全著陸的保證。起落架正常收放由飛機(jī)液壓能源驅(qū)動收放機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。由于起落架結(jié)構(gòu)受載嚴(yán)重，控制系統(tǒng)復(fù)雜，起落架也是飛機(jī)故障高發(fā)部件。據(jù)美國國家運(yùn)輸安全委員會統(tǒng)計，十年間，各類飛機(jī)因起落架系統(tǒng)故障引起的不正常飛行事件占不正常飛行事件總數(shù)的15%[1，2]，其中因起落架收放系統(tǒng)故障引發(fā)的事故就占到23%。收集1990年至今國際民用航空由起落架不能放下導(dǎo)致的飛行事故共60起，通過查閱世界民航安全數(shù)據(jù)庫等資料，可以大概得到起落架不能放下的原因有：飛行員操作失誤；機(jī)械故障；維修不當(dāng)；液壓系統(tǒng)故障等。其中由飛行員操作失誤引起的共7起，由機(jī)械故障引起的共21起，由維修不當(dāng)引起的共2起，由液壓系統(tǒng)故障引起的共4起，不明原因的28起，見圖1。

本文分析了應(yīng)急放過程中起落架所受載荷，計算不同空速下的起落架應(yīng)急放受力，提出了制定應(yīng)急放操作速度要求的方法。

2 應(yīng)急放運(yùn)動機(jī)理分析

從運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)中可知，在執(zhí)行應(yīng)急放操作的前提是正常收放過程中的液壓源，電源或等效能源失效，一般情況即造成起落架收放作動筒失去液壓動力以及開鎖作動筒失去開鎖動力。此時，駕駛員需通過拉動應(yīng)急放手柄，通過機(jī)械開鎖裝置，打開起落架上位鎖。此時，起落架僅憑自身重力作用放下至上鎖狀態(tài)。

有較多的民用飛機(jī)前起落架采用艙門聯(lián)動式機(jī)構(gòu)，即起落架收放的同時帶動前后艙門的開閉。這種方式的聯(lián)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)簡單，可靠性高。

3 應(yīng)急放載荷分析

由于液壓源失效，起落架失去主要動力源收放作動筒力，起落架在收放過程中的主要載荷為起落架及艙門自身重力，艙門氣動載荷，支柱氣動載荷，作動筒收放阻尼，下位鎖彈簧力，機(jī)構(gòu)內(nèi)部摩擦力。

起落架各部件的氣動阻力作用在壓心上，且指向氣流流向[1]。

式中：Fa，d■為起落架第i個部件上的氣動阻力，V為氣流速度，Cx為部件的阻力系數(shù)[3]起落架第i個部件在垂直于氣流平面上的投影面積。

支柱上的氣動阻力為有助于起落架放下，而起落架收起時則相反，支柱氣動力矩滿足：

M=-？撞Fa，d■Li

式中：M為氣動阻力的力矩；Li為第i個部件上氣動阻力的作用力臂。

下位鎖彈簧是用于保持起落架下位鎖連桿過中心后維持上鎖狀態(tài)，鎖彈簧始終處與拉伸狀態(tài)，F(xiàn)_ls=k×（l-l0），式中：k為鎖彈簧剛度系數(shù)；l0為彈簧的原長；l為彈簧的時時長度。

4 動力學(xué)仿真分析

通過多提動力學(xué)仿真軟件Adams，建立起落架動力學(xué)模型，如圖2所示。

將起落架支柱作為分析主體，計算各個載荷對起落架支柱轉(zhuǎn)矩，起落架支柱受到合轉(zhuǎn)矩如下所示[4]：

M合=Mspring+Mg+Mflu+Mair （1）

若整個應(yīng)急放過程中支柱所受合力矩均大于0，則合力始終促使起落架放下上鎖，反之，若在應(yīng)急放過程中，支柱所受合力矩小于0則起落架則有可能停在合力矩為0處，出現(xiàn)應(yīng)急放故障。

對各載荷力矩求和，求出支柱轉(zhuǎn)矩合轉(zhuǎn)矩，如圖3所示。

從圖3中可以看出，起落架最小合力矩發(fā)生在起落架接近放下上鎖位置。

不同飛行速度下起落架應(yīng)急放合力矩。如圖4所示

從圖4可以看出，當(dāng)空速在180節(jié)-270節(jié)范圍內(nèi)時，支柱合力矩均大于0，起落架應(yīng)急放功能正常。當(dāng)飛行速度為340節(jié)時，起落架合力矩小于等于0，應(yīng)急放功能存在失效風(fēng)險。因此，該機(jī)型的最大應(yīng)急放速度應(yīng)小于340節(jié)。

5 結(jié)束語

綜上所述，民用飛機(jī)的起落架應(yīng)具備僅在自身重力與氣動力情況下能夠?qū)崿F(xiàn)放下上鎖的應(yīng)急放功能。通過仿真計算分析，最有可能發(fā)生應(yīng)急放故障的位置為起落架接近放下狀態(tài)，而阻礙作用力為艙門氣動力。不同飛行空速引起的氣動載荷變化影響起落架應(yīng)急放功能，當(dāng)氣動載荷增大到在放下過程中合力矩小于0，則起落架無法放下上鎖，發(fā)生應(yīng)急放故障良好的設(shè)計艙門機(jī)構(gòu)，減小艙門氣動力轉(zhuǎn)化為支柱的轉(zhuǎn)矩能夠提升起落架應(yīng)急放的空速范圍。在起落架設(shè)計時，通過分析手段，明確起落架應(yīng)急放速度條件，是起落架安全設(shè)計的保證。

參考文獻(xiàn)

[1]陳琳.飛機(jī)起落架收放運(yùn)動與動態(tài)性能仿真分析[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

[2]吉國明，董萌.某型飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)性能仿真[J].2012，37（3）.

作者簡介：張恒康（1986-），男，浙江金華人，工程師，碩士研究生，研究方向為民用飛機(jī)前起落架設(shè)計。