飛機起落架的減震系統(tǒng)

1、精品文檔8. 6起落架的減震系統(tǒng)一、概述飛機起落架的減震系統(tǒng)由減震器和輪胎組成.其中減震器 （也稱緩沖器）是所有現(xiàn)代 起落架所必須具備的構(gòu)件，也是最重要的構(gòu)件.某些起落架可以沒有機輪、剎車、 收放系統(tǒng)等，但是它們都必須具備某種形式的減震器。而輪胎雖然也能吸收一部分 能量，但僅占減震系統(tǒng)總量的10%15%。當飛機以一定的下沉速度（一般“限制 下沉速度”為3 m/s,美國規(guī)定某些短距起落或海軍用艦載機等可以更大些 ）著陸 時，起落架會受到很大的撞擊，并來回振動.減震裝置的主要作用就是用來吸收著 陸和滑行時的撞擊能，以使作用到機體上的載荷減小到可以接受的程度；同時須使 振動很快衰減。由以上功用對減震

2、裝置提出如下的設(shè)計要求.（1）在壓縮行程（正行程）時，減震裝置應能吸收設(shè)計規(guī)范要求的全部撞擊能，而使作用在起落架和機體結(jié)構(gòu)上的載荷盡可能小。在壓縮過程中載荷變化應勻滑，功量曲 線應充實一一也即減震器應具有較高的效率.為了減少顛簸或在伸展行程（反行程）中不出現(xiàn)回跳，要求系統(tǒng)在壓縮行程中所吸 收的能量中的較大部分（一般應有65%80%左右）轉(zhuǎn)化為熱能消散掉。（3）為了讓起落架能及時承受再次撞擊，減震器應有必要的能量和伸展壓力使起落架 恢復到伸出狀態(tài)，伸展放能時應柔和，支柱慢慢伸出，這樣可消除回跳。減震器完 成一個正、反行程的時間應短，一般不能大于o. 8s。以上（2） , （3）項措施同時也對提高

3、乘員舒適性有利。 著陸滑跑時，根據(jù)各種飛機對所預定的使用跑道的通過性 （漂浮性）要求，規(guī)定在 遇到某一高度的凸臺和坑洼地時載荷系數(shù)不能超過允許值，（如某些次等級跑道的路 面包含有76 mnW的凸臺.以及一定波長和波幅的波形表面隆起）。輪胎的彈性變形 和彈性力對吸收能量、減小載荷系數(shù)和提高滑行時乘員的舒適性等方面均起一定作 用，但是它不能消耗能量。二、減震器的類型總的說減震器可分為兩大類廣類是由橡膠或鋼制的固體“彈簧”式減震器；另一類 是使用氣體、油液或兩者混合（通常稱油氣式）的流體“彈簧”式減震器。利用橡膠、 鋼彈簧和氣體作為介質(zhì)的減震器是利用介質(zhì)變形吸收撞擊動能，靠介質(zhì)內(nèi)的分子摩 擦消耗能量

4、，因此這些減震器的熱耗作用很小，只適用于輕型低速飛機以及后三點 式起落架的尾乾.圖8. 24對不同類型減震器的效率 V和效率/重量比作了比較。 v（%） 'A/LS,其中A為減震器在正行程中實際吸收的能量；I為正行程中受到的 最大載荷；s為正行程中的最大行程。由團可知油氣式減震器是目前效率/重量比 最高的減震器類型，其效率實際上可達到80% 90%之間。圖8. 25所示波音-737 主起落架的試驗曲線表明其效率達到了 90% o此外它還具有很好的能量消散能力。 因此現(xiàn)代飛機一般多采用泊氣式減震器。全泊液式減震器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，效率也可在75%以上，設(shè)計得好可達到90%。但由于高液壓而

5、需要加強減震器的構(gòu)件， 導致減震器重量較大，且密封比較困難，目前在戰(zhàn)斗機上有使用。氣體式減震器因 效率/重量比低，耗散能量差，可靠性也較差，目前已不再使用。固體“彈簧”式減震器雖因效率/重量比小，耗散能量少等缺點，一般在速度較高的現(xiàn)代飛機上基 本不采用。但仍應對其構(gòu)造簡單，工作可靠性高，維護要求低以及相應的低價格予 以應有的認識。對于某些輕型的簡易飛機或多用途小飛機，若起落架不收放，此時 通過綜合考慮和折衷平衡也有采用片簧式或橡膠壓塊式減震器。如加拿大的DHe6（ “雙水獺”）飛機為渦輪螺旋槳發(fā)動機短距起落的小型運輸機，最大起飛重 量為5. 6to它的不可收的主起落架就采用了橡膠壓塊式減震器

6、（見圖8. 26）,前起 落架為油氣式減震器。該機于1969年改型后的DHC-s300系列有二百余架投入了 使用。由于油氣式減震器是目前性能最好、使用最廣泛的減震界，下面我們將對它 著重討論。三、油氣式減震器油氣式減震器通常由外筒、活塞內(nèi)筒、制動活門 （反沖閥）、柱塞（阻尼孔支撐管）組 成，有的還帶有油針，內(nèi)充氣體（空氣或氮氣）和油液。它的典型構(gòu)造見圖8. 27。 當起落架受到撞擊時，油液被迫通過一個或多個阻尼孔（也稱油IL或限流孔）壓縮氣 體，減震器吸收能量。在初始撞擊之后，由壓縮后的高壓氣體迫使活塞內(nèi)筒向外伸 出。這一反彈過程由氣體壓力控制，它迫使油液通過一個或多個反彈阻尼孔流回油 液腔。

7、假如油液回流太快，飛機將向上彈跳；如果油液回流太慢，會使支柱不能足 夠快地回到它的初始位置，將使高頻撞擊（在滑行時可能出現(xiàn)）不能完全被阻尼。1 .氣體氣體起兩個作用，一是減震支柱受載、氣體被壓縮時氣體吸收能量，起緩沖墊和滑 跑減震作用二是撞擊過后壓力增大的氣體將支柱重新頂出.根據(jù)氣體力學的知識和 活塞桿的受力平衡可知（略去摩擦力影響情況下）F 活塞承受氣壓的有效面積；P。 氣體對活塞的總壓力；。一一氣體匝縮過程的多變指數(shù)，它隨氣體在壓縮過程 中的熱交換情況而定：等溫過程時為“絕熱過程為 1. 4,在油氣式減震器內(nèi)有一定 程度的熱交換，通常取n為1. 2.由式（8. 1）得出A。就是P。一 S工

8、作曲線下的 面積，故戶。一 s圖稱功量圖.從圖8. 28可見，在吸收同樣的撞擊能 Ao的情況 下，若聲。不變，則Vo愈大，s將愈大，減震0S愈軟，若y。不變，則o愈小， s也愈大，減震器也愈軟；反之亦然。由此可知，可以用調(diào)節(jié)V,或o的方法來調(diào)節(jié)減震器的行程s和軟硬程度。但是若只考慮由氣體工作則有以下缺點。（1）它只能吸收能量，減小撞擊過載，但不能消散能量.就像一般的彈簧一樣，來回 跳動。這樣，對人員、結(jié)構(gòu)、裝載、設(shè)備等均不利.（2）它的功量圖中間凹下去，不夠充實，吸能的效率低。若需吸收同樣的能量，效率 低會使行程和末壓力增大，從而導致減震器的尺寸和過載的增大。為此，加進了油 液和阻尼孔裝置。2

9、,油波和阻尼孔的作用及對功量圖的影響加進油液和阻尼孔后，在活塞運動的過程中油液就被來回擠過阻尼孔，使減震支柱 運動時受到的阻力增大；油液流經(jīng)阻尼孔磨擦生熱，將撞擊能變?yōu)闊崮芟⒌?。設(shè) 油液流經(jīng)阻尼孔時受到的阻力為尸f,活塞運動時的機械磨擦力為 P尸減震支柱上 的外載為戶。，那么由力的平衡關(guān)系可得到壓縮行程時戶-=尸c+戶，十戶，伸展行程時尸：二戶。一戶，一尸/ （8 . 5）圖8. 29為油液流經(jīng)阻尼孔時的尸J 一 5曲線和加進阻尼孔后的功量圖戶。s曲 線。由上圖可見，加進油液和阻尼孔的減震器吸收和消散的能量大為增加，從原理 上解決丁純氣體減震器的缺點。但它尚有以下不足之處。（1）在壓縮過程中

10、載荷不均勻，有忽高忽低的現(xiàn)象，甚至會在壓縮行程初期就出現(xiàn)危 險過載，并使飛機反跳. 在伸展過程中消散的能量少。為了理解這兩個現(xiàn)象的起因，分析一下油液流經(jīng)阻 尼孔時的阻力特性。根據(jù)流體力學知識可知式中vf 活塞的運動速度；"流量系數(shù)，與阻尼孔的形狀、長度、油液粘性有關(guān) （試驗得出），阻尼孔的面積；v油液流經(jīng)阻尼fL的速度，y油液比重。由上述公式可知，巧越大或/越小，則戶 J就越大.剛著陸時擅擊猛烈，活塞向上 運動速度快，y,大，F(xiàn),也很快增大，功量曲線猛升，形成了大的過載。緊接著由 于撞擊能被大量吸收，活塞運動遇到很大阻力，因而YP很快小下來，vI減小，戶J 也就隨著迅速降下來.這時，

11、恬塞運動的阻力也大大減小，剩余的能量繼續(xù)推活塞 向上，v/又逐漸增大，V/及尸J也逐漸增高，最后達到終點.這樣，就形成了減震器壓縮過程中載荷不均，忽高忽低，未到最大行程就出現(xiàn)大的過載，影響了功量曲線的勻滑和功量圖的充實度.7L面積進一步減小，以增大伸展行程中的油孔阻力，從而增加能量的耗散。有時為了使飛機在地面運動時 較為平穩(wěn)，在初始一段減震0S小壓縮量的行程中加大油孔面積，使不產(chǎn)生油液阻力， 而只是氣體作功，這段行程稱為自由行程，以 S。表示，so反映了跑道路面的不平 度（田8. 31（左圖）。實際減震器的功量圖如圖8. 31所示.通常我們用兩個系數(shù) 來表示減震器性能的好壞。（1）效率系數(shù)（或

12、稱充實系數(shù)）用v表示，從功量圖上看，它表示了功量曲線的充實度, 也即表示該減震器吸能效率的大小.（2）熱耗系數(shù)（或稱滯后系數(shù)）用x表示，從功量圖上看表示了壓縮和伸展曲線所圍成 面積的大小程度，反映了減震器消散能量的能力大小。實際耗能量一面積cde/'實際吸能量面積cdgO顯然有油孔和變油孔（變阻尼TL）裝置的減震器這兩個系數(shù)都比較大4.雙動式（雙腔式）油氣減震器（圖8. 32）這是一種具有低伸展壓力，滑行舒適，可在高低不平的土質(zhì)跑道上使用的油氣式減 震器，在c5A飛機的土起落架和前起落架上均采用這種減震器。這類減震器有兩 個氣室，其中主氣室同于一般減震器的氣室；另有一副氣室在主活塞內(nèi)部

13、、浮動副 活塞的下面，這個氣室內(nèi)預先亢上的氣壓要超過起落架上所承受的最大靜載荷（相應 于圖o. 32（b）上的D點）。當行程和載荷超過與 D點相應的值時，主、副氣室均工 作。從0點開始，如果繼續(xù)緩慢加載，副活塞開始工作，減震器的載荷行程將沿 曲線月變化，丑曲線段內(nèi)“彈簧”系數(shù)接近于常數(shù)，且載荷的增量接近于行程的增 量。圖8. 32（b）中的曲線AA相當于假設(shè)副活塞被卡住，只有主氣室起作用時的情 況；AB曲線為雙動式減震器正常工作的情況；而 C曲線相當于加長型的單腔減震器 的工作曲線.從圖上可看出當載荷系數(shù)由 1. o增大到2. o時，雙動式減震器的行 程增量值和能量增量值均大于 AA或C曲線相

14、應的情況（見表8. 2）。換言之，它在 遇到同樣的凸臺和坑洼地時，相應的載荷增量會較 AA,和c曲線情況要小。總的說 雙動式減震器的載荷與行程響應較一般的減震器好得多，但由于它的總體效率有所 下降，維護程序復雜，價格高且稍重一些，因此對在比較平滑的跑道上使用而不需 要在高低不平的土質(zhì)跑道上使用的飛機，寧肯使用單腔式油氣減震器。三、全油液式減震器全油液式減震器的構(gòu)造（圖8. 33）與油氣式基本相同，不過沒有氣體。在全伸屜的 狀態(tài)下，筒腔內(nèi)全部充滿液體。減震ee工作時，油液被來回擠壓流過油孔而起到吸 功散能、緩沖減震作用。著陸撞擊時活塞桿上行，油室容積減小，油液被壓縮而吸 09減震；同時油液被擠過

15、油孔，摩擦生熱而消能減震.當壓力大過某一定值時，定 壓活門被沖開，增大了流油孔的面積，減小了流油阻力，從而減小于過載，伸展時 油液推活塞桿下行，并關(guān)閉了定壓活門，減小于流油孔面積，提高于流油阻力.由 此，功量圖得到了改善，可以設(shè)計出高效率的減震器，據(jù)資料介紹，曾經(jīng)有減震器 效率達到了 97%。舊g四民33 金灑能式畸籌金兒定出借口由）哥庭H幅門您的助量用1見幅，一居然桿i 3忤雨孔,4 定底循門 5密封裝應用表明，全油液減震器幾乎適用于所有型式的起落架。由于它的結(jié)構(gòu)緊湊.特別 適用于搖臂式起落架，對于機身離地面較近的起落架更有利，已應用于各類飛機。 特別在一些戰(zhàn)斗機上，由于空間緊湊和限制較多，

16、更適合使用全油液減震器，如米 格一23、F104和加拿大的CF-100,其他如C120噴氣客機等.但這種減震器的 油液壓力太高（內(nèi)壓可高達350 MPa以上），須要高壓密封裝置，目前這類密封裝置 的摩擦系數(shù)比較高，維護上不太理想，常會在密封蓋處漏油；還要考慮經(jīng)久耐用， 因而重量比較大，又低溫時液體溶劑的改變會影響減震器性能，因此限制了它的使 用。四、自適應減震器的研究現(xiàn)代飛機由于重量增加起飛和著陸滑跑速度增大，跑道不平度引起的起落架和機 身的動響應載荷等已成為影響起落架承力結(jié)構(gòu)壽命的主要因素。因而研究起落架緩 沖系統(tǒng)動響應載荷的理論計算方法，控制非線性振動系統(tǒng)中的主要參數(shù)，以求得最 優(yōu)動響應，從而