【正文】 共 74 頁 第 1 頁 起落架是供飛機(jī)起飛、著陸時在地面上滑跑、滑行停放用的。它是飛機(jī)的主要部件之一，其工作性能 的好壞以及可靠性直接影響飛機(jī)的使用和安全。具體說，起落架主要功用有： 一是吸收并耗散飛機(jī)著陸垂直速度所產(chǎn)生的動能；二是保證飛機(jī)能夠自如而又穩(wěn)定地完成在地面上的各種動作。為了有效地完成起功能，起落架設(shè)計面臨著結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)構(gòu)設(shè)計、空氣動力性能以及由飛機(jī)用途決定和維修人員提出的使用、維修等方面一系列存在的有一定矛盾的各種要求。舉例來說，在多數(shù)情況下飛機(jī)起落架整個裝置的重量 占全機(jī)重量的 3%~5%，占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的 10%~15%；而它必須在飛機(jī)升空后能收入到機(jī)體結(jié)構(gòu)和飛機(jī)阻力影響最小的空間中去。然而，現(xiàn)代飛機(jī)速度增大；現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)均要求有近距離起落等高性能；一些大型運(yùn)輸機(jī)比過去重的多（如波音 747 的重量是波音 707320 的兩倍多），此時就必須采用大的多輪式起落架；同時上述種種原因使起落架的各種裝置比過去更為復(fù)雜，而使其起落架的空間更顯緊張 。由此可見，設(shè)計人員要找到一個能最好地協(xié)調(diào)各種要求，同時又使結(jié)構(gòu)輕、成本低的設(shè)計方案變得越來越困難了。 現(xiàn)代飛機(jī)起落架是由結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和各種系統(tǒng)共同組成的復(fù)雜機(jī)械裝置，包括減震系統(tǒng)、受力 支柱、撐桿、機(jī)輪、剎車裝置和防滑控制系統(tǒng)、收放機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和其他一些系統(tǒng)和裝置。因此起落架設(shè)計比飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的其他部件要包含更多的工程專業(yè)。 起落架材料的發(fā)展?fàn)顩r， 歐美國家起落架選用 300M 和 35NCD16 低合金超高強(qiáng)度鋼整體鍛件結(jié)構(gòu)加工工藝，零件外形加工后進(jìn)行真空熱處理或可控氣氛熱處理。材料利用率只有 %%。 俄羅斯起落架選用 30CrMnSiNi2A（真空冶煉）低合金超高強(qiáng)度鋼鍛件焊接結(jié)構(gòu)加工工藝，主要受力構(gòu)件采用高壓真空電子束焊焊接，焊后進(jìn)行熱處理（空氣爐加熱 +鹽浴 爐淬火）。 共 74 頁 第 2 頁 目前，新型的高強(qiáng)度、高韌性和高腐蝕抗力的改進(jìn)型鎳 鈷低碳合金鋼已開始在艦載飛機(jī)起落架上應(yīng)用，最典型的材料是 AerMet100 和 AF100，此類材料除具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能外，還具有優(yōu)良的疲勞性能和焊接性能，可替代現(xiàn)在使用的起落架結(jié)構(gòu)材料 300M 和 4340 鋼等。 國內(nèi)起落架受力構(gòu)件材料主要采用 300M和 30CrMnSiNi2A超高強(qiáng)度鋼，有的采用整體加工，有的采用焊接結(jié)構(gòu)。大型構(gòu)件的深孔加工和熱處理變形控制以及超高強(qiáng)度鋼的高效數(shù)控切削加工是國內(nèi)起落架加工存在的主要問題。另外 AerMet100 鋼尚 未應(yīng)用。 飛機(jī)起落架主要有以下幾種類型： 帶機(jī)輪的起落架、雪橇、船身式、浮動式，分別用于陸地，雪地水上起降。 緒論 起落架的設(shè)計要求 起落架與飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)有同樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求：即在保證起落架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度以及預(yù)期的安全壽命的前提下重量最輕；同時要求起落架使用、維護(hù)方便；易于更換、修理；還有空氣動力和工藝性、經(jīng)濟(jì)性要求。 在使用中起落架系統(tǒng)范疇出現(xiàn)的問題比較多，而它與飛機(jī)的安全又有很大關(guān)系，因此起落架應(yīng)具有很高的可靠性。起落架處于復(fù)雜的疲勞載荷作用下，就其設(shè)計準(zhǔn)則而言與飛機(jī)的機(jī)體結(jié) 構(gòu)有所不同，就目前看它一般按全壽命（即疲勞壽命）原理設(shè)計，而不按損傷容限原理設(shè)計。這主要由于起落架構(gòu)件因載荷大而多采用高強(qiáng)度或超高強(qiáng)材料，其臨界裂紋長度小，從裂紋可見檢出到裂紋擴(kuò)展壽命短；在有些部位裂紋的檢查比較困難。因此，目前國內(nèi)外在進(jìn)行起落架設(shè)計時均按安全壽命設(shè)計。過去的起落架壽命大大低于飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的壽命，需定期更換?，F(xiàn)在國外在起落架設(shè)計時都要求起落架與機(jī)體結(jié)構(gòu)同 共 74 頁 第 3 頁 壽，并實(shí)現(xiàn)了這一要求，我國也基本達(dá)到這一水平。 除了要達(dá)到上述要求外，起落架還應(yīng)滿足與本身功能有關(guān)的各項要求： （ 1） 在起飛和著陸滑跑、滑行、機(jī)動 或牽引時，飛機(jī)有良好的操縱性和穩(wěn)定性。這是通過合理選擇起落架參數(shù)、布局、減震和剎車系統(tǒng)性能來達(dá)到的。 （ 2） 著陸和滑行時對動載荷有良好的減震緩沖性能。減震系統(tǒng)應(yīng)能吸收著陸撞擊時的全部額定能量，使飛機(jī)結(jié)構(gòu)件上的載荷不超過設(shè)計值。這些能量應(yīng)由減震緩沖系統(tǒng)消耗掉。 （ 3） 在給定寬度的機(jī)場跑道上有 180。轉(zhuǎn)彎的能力。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎主要利用可操縱的機(jī)輪、剎車裝置和發(fā)動機(jī)，并要合理選配起落架參數(shù)、類型、數(shù)量和機(jī)輪的布置。 （ 4） 保證起落架艙門打開、關(guān)上及支柱收上、放下時有可靠的鎖定機(jī)構(gòu)。不允許在飛行中發(fā)生起落架自行脫落和地面上自行收起的現(xiàn)象， 因此起落架手起機(jī)構(gòu)應(yīng)能鎖定。起落架的收起時間應(yīng)盡可能短。 （ 5） 在選取起落架的參數(shù)和支柱的結(jié)構(gòu)形式時，在滿足強(qiáng)度、剛度和壽命的條件下使起落架盡可能輕 。 起落架的外載荷 ： （ 1） 著陸撞擊載荷 飛機(jī)降落時可能是三點(diǎn)著陸、兩點(diǎn)著陸、甚至一點(diǎn) 著 陸撞擊情況（ 三點(diǎn)著陸 （ 兩點(diǎn)側(cè)滑著陸 一點(diǎn)側(cè)滑著陸 共 74 頁 第 4 頁 著陸或側(cè)滑著陸。這樣飛機(jī)以一定下沉速度著陸時會受到不同的撞擊載荷，如垂直撞擊、前方撞擊和慣性力矩等。如圖 （ 2） 滑跑沖擊載荷 飛機(jī)在起飛、著陸的滑跑過程中，道面不平或到面上有雜物都會引起起落架的沖擊載荷（圖 ）。 在著陸滑跑中還會由于未被消耗 掉的著陸能量引起的震動載荷，這些載荷比著陸載荷要小，但由于滑跑距離長，因此滑跑沖擊載荷的反復(fù)作用次數(shù)多。 （ 3） 剎車載荷 為了縮短著陸距離，在滑跑過程中需要剎車。這時有較大的X 向載荷，即輪胎與地面的摩擦力 Pf，還回有剎車力矩引起的 Y向載荷（圖 ）。 （ 4） 靜態(tài)操縱載荷和地面停放載荷 飛 機(jī)在牽引、進(jìn)入定位時常用牽引架進(jìn)行 個方向的推、拉、扭、擺、造成靜態(tài)操縱載荷 。飛機(jī)停放并固定在地面上時，有可能受到大風(fēng)引起的系留載荷，這在沿海地區(qū)更應(yīng)加以考慮。起落架還受有其他一些載荷，如收放機(jī)構(gòu)傳來的載 荷；多輪式起落架由于各輪受載不均而產(chǎn)生的偏心載荷等等。 圖 滑跑沖擊載荷 共 74 頁 第 5 頁 總之，起落架的載荷多種多樣，必須注意的是起落架所受的力大多是動載荷，伴隨著減震器的伸縮、機(jī)輪的旋轉(zhuǎn)和剎車等，可能出現(xiàn)各種振動，加之多次起落的重復(fù)受載（一般現(xiàn)代運(yùn)輸機(jī)可能要完成 60000~70000 個起落），因此對起落架因疲勞載荷引起的損傷和破壞應(yīng)著重加以考慮。 起落架的布置型式 : 起落架的配置型式和參數(shù)選取不僅能保證飛機(jī)在機(jī)場上運(yùn)動時有 操縱穩(wěn)定性，而且也決定了支柱的受載、起落架的重量特性以及連接起落架的飛機(jī)部件的重量特性 。在飛機(jī)出現(xiàn)的初期，曾采用過四點(diǎn)式起落架 如圖 （ a） 。后來實(shí)踐證明，只要有三點(diǎn)，飛機(jī)就可以在地面穩(wěn)定的運(yùn)動，因而采用了 后三點(diǎn)式和 前 三點(diǎn)式如下圖 （ b） （ c） 所示，除此以外，起落架還有：單主輪式、四點(diǎn)式、自行車式、和多支點(diǎn)式。其中單主輪式僅用滑翔機(jī)還上，四點(diǎn)式可以認(rèn)為是雙自行車式。 前三點(diǎn)式起落架的兩個支點(diǎn)（主輪）對稱地安置在飛機(jī)重心后面，第三個支點(diǎn)（前輪）位于機(jī)身前部，尾部通常還裝有保護(hù)座，防止在 起飛離地時出現(xiàn)檫尾 如圖 （ c）；后三點(diǎn)式起落架的兩個支點(diǎn)（主輪）對稱地安置在 共 74 頁 第 6 頁 飛機(jī)的重心前面，第三個支點(diǎn)（尾輪）位于飛機(jī)尾部如圖 （ b）。由于機(jī)身前部裝有活塞式發(fā)動機(jī)，安裝前起落架比較困難，同時，前三點(diǎn)飛機(jī)在著陸滑跑是迎角較小，不能很好地利用氣動阻力來縮短滑跑距離，因此，前三點(diǎn)式起落架很少采用。 后三點(diǎn)起落架與前三點(diǎn)起落架相比，除了具有在螺旋槳飛機(jī)上容易配置和便于利用氣動阻力 使飛機(jī)減速等優(yōu)點(diǎn)外，它的構(gòu)造比較簡單，重量輕。但是，具有后三點(diǎn)式起落架的飛機(jī)地面運(yùn)動的穩(wěn)定性較差，例如駕駛員操縱不當(dāng)時飛機(jī)容易打 地轉(zhuǎn)。此外，這種飛機(jī)著陸時須三點(diǎn)接地，操縱比較困難。如果飛機(jī)以較大的速度兩點(diǎn)接地，因兩主輪位于飛機(jī)重心前面，地面反作用力會對飛機(jī)重心形成上迎力矩，使飛機(jī)的迎角增大，升力增大，飛機(jī)就要向上飄起，即發(fā)生所謂的“跳躍”現(xiàn)象。由于這些缺點(diǎn)對低速飛機(jī)來說并不十分嚴(yán)重，所以在 20 世紀(jì)初到 30 年代末之間，后三點(diǎn)式起落架曾得到 極為普遍的應(yīng)用。 隨著飛機(jī)的起飛、著陸速度不斷增大，后三點(diǎn)式起落架性能與對飛機(jī)地面運(yùn)動的要求之間的矛盾日趨尖銳。例如，為了縮短滑跑距離，在機(jī)輪上安裝 剎車裝置，結(jié)果卻增大了飛機(jī)向前倒立（拿大頂）的可能性 ；又如在起飛、著陸速度較大的情況下，后三點(diǎn)式起落架飛機(jī)還容易打轉(zhuǎn)。為了解決這個問題，在新的條件下（如著陸減速問題已經(jīng)解決），前三點(diǎn)式起落架又重新得到應(yīng)用。具有前三點(diǎn)式起落架的飛機(jī)，地面運(yùn)動的穩(wěn)定性好，由于飛機(jī)重心為于主輪的前邊，因而有助于阻止飛機(jī)在滑行時的打地轉(zhuǎn)，作用于重心上的力使飛機(jī)保持向前作直線運(yùn)動而不會打轉(zhuǎn)，滑行中不容易偏轉(zhuǎn)和倒立；著陸時，只有兩個主輪接觸，比較容易操縱。此外，這種飛機(jī)在地面運(yùn)動時，機(jī)身與地面接近平行，駕駛員的視界較好 對 噴氣式飛機(jī)來說，前三點(diǎn)式起落架還能使飛機(jī)軸線基本與地面平行，避免 發(fā)動機(jī)噴出的燃?xì)鈸p壞跑道。前三點(diǎn)式起落架的主要缺點(diǎn)是前起落架承受的載荷較大，而且前輪在跑道中容易產(chǎn)生擺震。總的來說，前三點(diǎn)起落架 共 74 頁 第 7 頁 比較適用于速度較大的飛機(jī)。因此，從 20 世紀(jì) 40 年代初開始，便得到了迅速的推廣，目前已 成為起落架在飛機(jī)上配置的主要形式。 自行車式起落架的兩組主輪分別安置 在機(jī)身下部、飛機(jī)重心的前后，另有兩個輔助輪對稱裝于左右機(jī)翼下面， 如圖 （ e） 。這種形式基本上具備前三點(diǎn)式的優(yōu)點(diǎn)，但由于前起落架比前三點(diǎn)式更靠近重心，因此要承擔(dān)約40%的總載荷，起飛時抬頭困難，有時要安裝自動增大起飛迎角的裝置。此外，因其不能采用左、右輪剎車力不同的方式來幫助飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎，因此要在前輪上安裝轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)。為使前、主起落架都收藏在機(jī)身內(nèi)所需的開口一般會使結(jié)構(gòu)增重較多（與其他型式比）。 因而這種型式僅在個別飛機(jī)上應(yīng)用，如英國的垂直 — 短距起落的戰(zhàn)斗機(jī)“獵兔狗”。 多點(diǎn)式起落架常用于一些重型飛機(jī)，如波音 747 飛機(jī)，它由一個前起落架，兩個機(jī)身起落架和兩個大翼起落架構(gòu)成，此種布局可以將飛機(jī)的重量分散在一個較大的面積上。 如圖 （ d） 現(xiàn)代飛機(jī)起落架機(jī)輪的數(shù)量有多種形式。一般前起落架有兩個機(jī)輪，每個主起落架大多有 2~6 個機(jī)輪，最常見的是 4 個機(jī)輪。多機(jī)輪的布置把飛機(jī)的重量分散到一個較大的面積上；另外，萬一有一個機(jī)輪被破壞時還能提供一個安全余量。 總體方案設(shè)計 本設(shè)計的特點(diǎn) ： 本設(shè)計選擇 前三點(diǎn)式起落架， 起落架高度較小、著陸速度較大、飛行跑道 稍 差的某型高速教練機(jī)的前起落架收放機(jī)構(gòu)的設(shè)計。在初步了解起落裝置的功用、組成及設(shè)計要求后，設(shè)計中具體地分析和比較了幾種起落架的結(jié)構(gòu)形式。例如，在設(shè)計中列出了簡單支柱式、撐桿支柱式、搖臂支柱式、外伸式四種結(jié)構(gòu)型式，最后結(jié)合了各種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和本設(shè)計的要求才選定采用搖臂支柱式起落架。其它部分零 件和部件都是根據(jù)這種結(jié)構(gòu)型式的要求而選 共 74 頁 第 8 頁 定的。在繪制完零件圖、部件圖和裝配圖之前，還要構(gòu)思出起落架結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方案，只有收放結(jié)構(gòu)確定下來才可以設(shè)計整個起落架其它部分的參數(shù)。 在本設(shè)計中僅僅有理論計算是不行的，它比較抽象，我通過計算機(jī)將起落架收放動作（也就是在飛機(jī)起飛和著陸及在地面運(yùn)動時）動畫模擬出來，給人一目了然，很形象。這也是 本 設(shè)計的一個 特點(diǎn) 。 起落架 收放方式 選擇 ： 為了減小飛行阻力，以提高飛行速度、增大航程和改善飛行性能，現(xiàn)代飛機(jī)的起落架大多是可收放的。 飛行速度大于 250Km/h 的飛機(jī)在飛行中 起落架要收起，這樣可以大大降低飛機(jī)的迎風(fēng)阻力，改善氣動性能以及飛行性能?？墒辗牌鹇浼鼙M管增加了重量，使飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和 使用復(fù)雜化了，但總的效率提高了。起落架的收放方式、起落架本身及其收放結(jié)構(gòu)越簡單，機(jī)翼、機(jī)身和起落架艙的承力型式也越簡單，起落架要求的收放空間就越小，收放起落架就能得到更多的效益。 1. 展向收放 展向收放機(jī)構(gòu)一般是用于主起落架上，沿展向收放有以下幾種方式： （ 1） 機(jī)輪往機(jī)身方向運(yùn)動 圖 ， （ a） ，這種方式常用于在機(jī)翼根部結(jié)