飞机起落架结构及其系统设计 - 图文

本科毕业论文

题目： 飞机起落架结构及其故障分析

专业： 航空机电工程

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完成日期： 2013 年 3 月 5 日

飞机起落架结构及其故障分析

摘 要：起落架作为飞机在地面停放、滑行、起降滑跑时用于支持飞机重量、吸收

撞击能量的飞机部件。为适应飞机起飞、着陆滑跑和地面滑行的需要，起落架的最下端装有带充气轮胎的机轮。为了缩短着陆滑跑距离，机轮上装有刹车或自动刹车装置。同时起落架又具有空气动力学原理和功能，因此人们便设计出了可收放的起落架，当飞机在空中飞行时就将起落架收到机翼或机身之内，以获得良好的气动性能，飞机着陆时再将起落架放下来。本文重点介绍了飞机的起落架结构及其系统。对起落架进行了系统的概述，对起落架的组成、起落架的布置形式、起落架的收放形式、起落架的收放系统、以及起落架的前轮转弯机构进行了系统的论述。并且给出了可以借鉴的起落架结构及其相关结构的图片。

关键词：起落架 工作系统 凸轮机构 前轮转弯 收放形式

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目 录

1. 引言 ................................................................................................................................. 1 2. 起落架简述 ..................................................................................................................... 1

2.1 减震器 .................................................................................................................... 1 2.2 收放系统 ................................................................................................................ 1 2.3 机轮和刹车系统 .................................................................................................... 2 2.4 前三点式起落架 .................................................................................................... 2 2.5 后三点式起落架 .................................................................................................... 3 2.6 自行车式起落架 .................................................................................................... 5 2.7 多支柱式起落架 .................................................................................................... 5 2.8 构架式起落架 ........................................................................................................ 6 2.9 支柱式起落架 ........................................................................................................ 6 2.10 摇臂式起落架 ...................................................................................................... 7 3 起落架系统 ....................................................................................................................... 7

3.1 概述 ........................................................................................................................ 7 3.2 主起落架及其舱门 ................................................................................................ 7

3.2.1 结构 ............................................................................................................. 8 3.2.2 保险接头 ................................................................................................... 8 3.2.3 维护 ........................................................................................................... 8 3.2.4 主起落架减震支柱 ..................................................................................... 8 3.2.5 主起落架阻力杆 ......................................................................................... 9 3.2.6 主起落架耳轴连杆 ................................................................................... 10 3.3 前起落架和舱门 .................................................................................................. 10 3.4 起落架的收放系统 .............................................................................................. 10

3.4.1起落架收放工作原理 ................................................................................ 10 3.4.2 起落架收放过程中的的液压系统 ........................................................... 11 3.4.3 主起落架收起时的液压系统工作过程 ................................................... 12 3.4.4 主起落架放下时的液压系统工作原理 ................................................... 13 3.4.5 在液压系统发生故障时应急放起 ........................................................... 14 3.4.6 起落架收放的工作电路 ........................................................................... 15 3.5 前轮转弯系统 ...................................................................................................... 17

3.5.1 功用 ........................................................................................................... 17 3.5.2 组成 ........................................................................................................... 17 3.5.3 工作原理 ................................................................................................... 17 3.6 机轮和刹车系统 .................................................................................................. 17 4 歼8飞机主起落架机轮半轴裂纹故障分析 ............................................................... 17

4.1 主起落架机轮半轴故障概况 .............................................................................. 17 4.2 主起落架机轮半轴失效分析 .............................................................................. 18 4.3 机轮半轴裂纹检测及断口分析 ........................................................................ 20

4.3.1 外场机轮半轴断裂检查 ........................................................................... 20 4.3.2 大修厂机轮半轴裂纹检查 ....................................................................... 21 4.4 主起落架机轮半轴疲劳试验结果 ...................................................................... 22

4.4.1 机轮半轴疲劳试验破坏部位 ................................................................... 22

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4.4.2 试验结果与使用情况差异分析 ............................................................... 23 4.5 主起落架机轮半轴失效分析结论 ...................................................................... 24 4.6 主起落架机轮半轴结构设计改进 ...................................................................... 24

4.6.1 半轴结构设计改进原则 ........................................................................... 24 4.6.2 半轴结构细节设计改进 ........................................................................... 25

5 经验教训 ....................................................................................................................... 25

5.1 设计载荷谱、变形预测与实际使用情况相符 .................................................. 25 5.2 完善细节抗疲劳设计和强化工艺是提高结构抗疲劳开裂的重要技术途径 .. 25 5.3 地面疲劳试验验证刚度模拟要真实 .................................................................. 25 5.4 制定合理的检修周期是确保使用安全的重要措施 .......................................... 26 结束语 ................................................................................................................................. 27 参考文献 ............................................................................................................................. 28 致谢 ..................................................................................................................................... 30

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1. 引言

通过对歼强飞机的起落架结构及其系统的论述，进行该方面知识的总结，同时也阐明了起落架对于飞机起飞和着陆的重要意义。

起落架的主要功用是承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时的重力，滑跑与滑行时操纵飞机，滑跑与滑行时的制动，承受、消耗和吸收飞机在着陆与地面运动时的撞击和颠簸能量并吸收飞机运动时产生的撞击载荷。介于起落架有以上重要作用，所以此文的意义在于研究飞机的起落架结构及其工作系统的功用。

2. 起落架简述

2.1 减震器

飞机在着陆接地瞬间或在不平的跑道上高速滑跑时，与地面发生剧烈的撞击，除充气轮胎可起小部分缓冲作用外，大部分撞击能量要靠减震器吸收。现代飞机上应用最广的是油液空气减震器。当减震器受撞击压缩时，空气的作用相当于弹簧，贮存能量。而油液以极高的速度穿过小孔，吸收大量撞击能量，把它们转变为热能，使飞机撞击后很快平稳下来，不致颠簸不止。 2.2 收放系统

收放系统一般以液压作为正常收放动力源，以冷气、电力作为备用动力源。一般前起落架向前收入前机身，而某些重型运输机的前起落架是侧向收起的。主起落架收放形式大致可分为沿翼展方向收放和翼弦方向收放两种。收放位置锁用来把起落架锁定在收上和放下位置，以防止起落架在飞行中自动放下和受到撞击时自动收起。对于收放系统，一般都有位置指示和警告系统。

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2.3 机轮和刹车系统

机轮的主要作用是在地面支持收飞机的重量，减少飞机地面运动的阻力，吸收飞机着陆和地面运动时的一部分撞击动能。主起落架上装有刹车装置，可用来缩短飞机着陆的滑跑距离，并使飞机在地面上具有良好的机动性。机轮主要由轮毂和轮胎组成。刹车装置主要有弯块式、胶囊式和圆盘式三种。应用最为广泛的是圆盘式，其主要特点是摩擦面积大，热容量大，容易维护。 2.4 前三点式起落架

起落架

飞机上使用最多的是前三点式起落架(图1a[起落架布置型式]）。前轮在机头下面远离飞机重心处，可避免飞机刹车时出现“拿大顶”的危险。两个主轮左右对称地布置在重心稍后处，左右主轮有一定距离可保证飞机在地面滑行时不致倾倒。飞机在地面滑行和停放时，机身地板基本处于水平位置，便于旅客登机和货物装卸。重型飞机用增加机轮和支点数目的方法减低轮胎对跑道的压力，以改善飞机在前线土跑道上的起降滑行能力,例如美国军用运输机C-5A，起飞重量达348吨，仅主轮就有24个,采用4个并列的多轮式车架（每个车架上有6个机轮），构成4个并列主支点。加上前支点共有5个支点,但仍然具有前三点式起落架的性质。优点：（1）着陆简单，安全可靠。若着陆时的实际速度大于规定值，则在主轮接地时，作用在主轮的撞击力使迎角急剧减小，因而不可能产生象后三点式起落架那样的“跳跃”现象。（2）具有良好的方向稳定性，侧风着陆时较安全。地面滑行时，操纵转弯较灵活。（3）无倒立危险，因而允许强烈制动，因此，可以减小着陆后的滑跑距离。（4）因在停机、起、落滑跑

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时，飞机机身处于水平或接近水平的状态，因而向下的视界较好，同时喷气式飞机上的发动机排出的燃气不会直接喷向跑道，因而对跑道的影响较小。缺点：（1）前起落架的安排较困难，尤其是对单发动机的飞机，机身前部剩余的空间很小。（2）前起落架承受的载荷大、尺寸大、构造复杂，因而质量大。（3）着陆滑跑时处于小迎角状态，因而不能充分利用空气阻力进行制动。在不平坦的跑道上滑行时，超越障碍(沟渠、土堆等)的能力也比较差。（4）前轮会产生摆振现象，因此需要有防止摆震的设备和措施，这又增加了前轮的复杂程度和重量。

F-35飞机后起落架

尽管如此，由于现代飞机的着陆速度较大，并且保证着陆时的安全成为考虑确定起落架形式的首要决定因素，而前三点式在这方面与后三点式相比有着明显的优势，因而得到最广泛的应用。 2.5 后三点式起落架

点击放大 点击放大 早期在螺旋桨飞机上广泛采用后三点式起落架（图1b[起落架布置型式]）。其特点是两个主轮在重心稍前处，尾轮在机身尾部离重心较远。后三点起落架重量比前三点轻，但是地面转弯不够灵活，刹车过猛时飞机有“拿大顶”的危险，现代飞机已很少采用。优点：（1）一是在飞机上易于装置尾轮。与前轮相比，尾轮结构简单，尺寸、质量都较小；（2）二是正常着陆时，三个机轮同时触地，这就意味着飞机在飘落(着陆过程的第四阶段)时的姿态与地面滑跑、停机时的姿态相同。也就是说，地面滑跑时

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具有较大的迎角，因此，可以利用较大的飞机阻力来进行减速，从而可以减小着陆时和滑跑距离。因此，早期的飞机大部分都是后三点式起落架布置形式。 缺点：（1）在大速度滑跑时，遇到前方撞击或强烈制动，容易发生倒立现象(俗称拿大顶)。因此为了防止倒立，后三点式起落架不允许强烈制动，因而使着陆后的滑跑距离有所增加。 （2）如着陆时的实际速度大于规定值，则容易发生“跳跃”现象。因为在这种情况下，飞机接地时的实际迎角将小于规定值，使机尾抬起，只是主轮接地。接地瞬间，作用在主轮的撞击力将产生抬头力矩，使迎角增大，由于此时飞机的实际速度大于规定值，导致升力大于飞机重力而使飞机重新升起。以后由丁速度很快地减小而使飞机再次飘落。这种飞机不断升起飘落的现象，就称为“跳跃”。如果飞机着陆时的实际速度远大于规定值，则跳跃高度可能很高，飞机从该高度下落，就有可能使飞机损坏。 （3）在起飞、降落滑跑时是不稳定的。如过在滑跑过程中，某些干扰(侧风或由于

飞机起落架小车

路面不平，使两边机轮的阻力不相等)使飞机相对其轴线转过一定角度，这时在支柱上形成的摩擦力将产生相对于飞机质心的力矩，它使飞机转向更大的角度。（4）在停机、起、落滑跑时，前机身仰起，因而向下的视界不佳。基于以上缺点，后三点式起落架的主导地位便逐渐被前三点式起落架所替代，目前只有一小部分小型和低速飞机仍然采用后三点式起落架。 2.6 自行车式起落架

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还有一种用得不多的自行车式起落架，它的前轮和主轮前后布置在飞机对称面内（即在机身下部），重心距前轮与主轮几乎相等。为防止转弯时倾倒，在机翼下还布置有辅助小轮（图1c[起落架布置型式]）。这种布置型式由于起飞时抬头困难而较少采用。

2.7 多支柱式起落架

这种起落架的布置形式与前三点式起落架类似，飞机的重心在主起落架之前，但其有多个主起落架支柱，一般用于大型飞机上。如美国的波音747旅客机、C-5A(军用运输机（起飞质量均在350吨以上)以及苏联的伊尔86旅客机(起飞质量206吨)。显然，采用多支柱、多机轮可以减小起落架对跑道的压力，增加起飞着陆的安全性。 在这四种布置形式中，前三种是最基本的起落架形式，多支柱式可以看作是前三点式的改进形式。目前，在现代飞机中应用最为广泛的起落架布置形式就是前三点式。

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