基于起落架落震試驗的緩沖功量分析

王少寧

（1、北京北摩高科摩擦材料股份有限公司，北京102206 2、華北電力大學，北京102206）

1 起落架緩沖系統簡介

起落架緩沖系統亦稱減震器系統，用以減少飛機由于瞬間撞擊引起的強烈震動。系統由緩沖器和輪胎組成，工作原理是將沖擊能量通過緩沖器活塞的摩擦做功、油液阻尼做功和變形等形式轉換成熱能。良好的緩沖系統應該既能保證飛機具有較好的舒適性，又能保證飛機具有良好的操縱性與穩定性[1-2]。輪胎的工作原理與汽車輪胎工作原理，方式基本一致，因此本文后續主要描述緩沖器的結構形式以及工作過程?，F代飛機上應用最廣泛的是油氣式緩沖器。當緩沖器壓縮時,氣體的作用相當于彈簧, 油液以極高的速度穿過小孔, 吸收大量能量并轉化為熱能, 使飛機很快平穩下來[3]。油氣式緩沖器是用空氣存儲能量，吸收和消耗能量則通過油液以一定的控制速度流經節流孔產生的節流阻尼實現，其工作曲線如圖1 所示。

圖1 油氣緩沖器載荷- 行程曲線

縱坐標Py表示作用在緩沖器上的軸向力，橫坐標SH表示緩沖器行程。面積OAEBCO 就是氣體壓縮消耗的能量，曲線AEB 就是氣體多變曲線。在正行程中，由于油液流過小孔時受到阻力，以熱的形式消散了一部分能量，即面積AEBDA。緩沖器吸收的全部能量就是面積OADBCO。在反行程時，也要克服小孔對油液的阻力，以熱的形式消耗的能量為AEBFA。這樣，面積ADBFA 就是在緩沖器一個工作循環中以熱的形式消耗的能量。這樣就使飛機著陸撞擊能量很快衰減，通常輪胎吸收 10%～15%的飛機著陸動能，而剩下85%～90%的著陸動能是由減震器吸收的[4]，所以起落架的緩沖性能主要取決于緩沖器的緩沖性能。在方案階段，設計起落架緩沖系統時往往需要采用一些經驗參數，如支柱式緩沖器能量吸收效率0.8，輪胎能量吸收效率0.47[4]。完成初樣加工后，進行起落架落震試驗，落震試驗是檢驗起落架緩沖系統最直接也是最接近飛機使用狀態的驗證方式。落震試驗通常有兩種方法：其一為美國軍標規定的基于能量等效的無仿升減輕質量法自由落震試驗方法，第二為俄羅斯規范執行的帶機械式仿升的落震試驗方法[5]。

2 基于起落架落震試驗對起落架功量分析

本次落震試驗采用的是減縮質量自由落震試驗方法，機翼升力用減縮質量法模擬，取飛機升力等于飛機的質量，著陸質量由起落架，工裝夾具和吊籃及配重組成的落體系統質量模擬，飛機著陸時的下沉速度用落體系統的試驗投放高度模擬；飛機著陸水平速度用機輪預轉（轉向為逆航向）的方法模擬；機輪與跑道之間的摩擦系數用特制的測力平臺模擬。

以落體作為整體研究對象，由能量守恒定律，可知：

式中：mt-投放質量，kg；H-投放高度，m；Yc-吊籃重心位移，m；md-起落架當量質量，kg；Vy-飛機著陸時下沉速度，m/s；以某型起落架作為試驗件進行落震試驗，試驗輸入參數如表1 所示，試驗結果如表2 所示，總功量如圖2 所示。

表1 試驗輸入參數

表2 落震試驗試驗結果數據

從圖1 可以看出，無論是緩沖器還是輪胎，均有正向壓縮和反向回彈的過程。將圖1 總功量分解為正向壓縮和反向回彈2個過程，如圖2 所示。輪胎的正反向工作過程與緩沖器基本一致，只不過輪胎的阻尼相對于緩沖器而言要小的多，從圖1 也可以看出這一點。

圖2 緩沖系統總功量圖

圖3 緩沖器正向壓縮和反向過程

計算結果如表3 所示。

表3 能量計算結果

上表中緩沖系統吸收的能量與表2 中的測試功量因試驗測試采集的設備、位置和計算采用的數據不同等因素存在一定的偏差，但僅有0.3%。測試功量按下式計算：

式中：Yc-最大吊籃重心位移。

計算出緩沖器吸收能量占總比89.54%，輪胎吸收能量占總比10.46%。

3 結論

通過上述分析，計算出緩沖器吸收能量占比89.54%，輪胎吸收能量占總比10.46%。緩沖器效率80.73%，輪胎效率48.1%。與《飛機設計手冊第14 冊起飛著陸系統設計》給出的假定值對比如表4 所示。

表4 計算結果對比

從表4 可以看出，試驗結果與設計初期理論計算的假定值相接近，同時，從第2 章計算結果發現，輪胎因阻尼相對小的原因，實際吸收的能量僅為壓縮吸收能量1/3 左右，這也為以后設計計算提供了必要的參考依據。