起落架 任何人造的飞行器都有离地升空的过程,而且除了一次性使用的火箭导弹和不需要回收的航天器之外,绝大部分飞行器都有着陆或回收阶段。对飞机而言,实现这一起飞着陆(飞机的起飞与着陆过程)功能的装置主要就是起落架。 起落架就是飞机在地面停放、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。简单地说,起落架有一点象汽车的车轮,但比汽车的车轮复杂的多,而且强度也大的多,它能够消耗和吸收飞机在着陆时的撞击能量。 概括起来,起落架的主要作用有以下四个: 承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时的重力; 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; 滑跑与滑行时的制动; 滑跑与滑行时操纵飞机。起落架的发展演变 在过去,由于飞机的飞行速度低,对飞机气动外形的要求不十分严格,因此飞机的起落架都由固定的支架和机轮组成,这样对制造来说不需要有很高的技术。当飞机在空中飞行时,起落架仍然暴露在机身之外。随着飞机飞行速度的不断提高,飞机很快就跨越了音速的障碍,由于飞行的阻力随着飞行速度的增加而急剧增加,这时,暴露在外的起落架就严重影响了飞机的气动性能,阻碍了飞行速度的进一步提高。 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。然而,有得必有失,这样做的不足之处是由于起落架增加了复杂的收放系统,使得飞机的总重增加。但总的说来是得大于失,因此现代飞机不论是军用飞机还是民航飞机,它们的起落架绝大部分都是可以收放的,只有一小部分超轻型飞机仍然采用固定形式的起落架(如蜜蜂系列超轻型飞机)。起落架的基本组成 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。此外还包括承力支柱、减震器(常用承力支柱作为减震器外筒)、收放机构、前轮减摆器和转弯操纵机构等。承力支柱将机轮和减震器连接在机体上,并将着陆和滑行中的撞击载荷传递给机体。前轮减摆器用于消除高速滑行中前轮的摆振。前轮转弯操纵机构可以增加飞机地面转弯的灵活性。对于在雪地和冰上起落的飞机,起落架上的机轮用滑橇代替。 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。 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。 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。[编辑本段]起落架的布置型式 前三点式起落架 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 * 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前三点式起落架那样的“跳跃”现象。 * 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。 * 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。 * 因在停机、起、落滑跑时,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 * 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。 * 前起落架承受的载荷大、尺寸大、构造复杂,因而质量大。 * 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。 * 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。 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。 后三点式起落架 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 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; 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。 自行车式起落架 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。 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。[编辑本段]起落架的结构分类 构架式起落架 构架式起落架的主要特点是:它通过承力构架将机轮与机翼或机身相连。承力构架中的杆件及减震支柱都是相互铰接的。它们只承受轴向力(沿各自的轴线方向)而不承受弯矩。因此,这种结构的起落架构造简单,质量也较小,在过去的轻型低速飞机上用得很广泛。但由于难以收放,现代高速飞机基本上不采用。 支柱式起落架 支柱式起落架的主要特点是:减震器与承力支柱合而为一,机轮直接固定在减震器的活塞杆上。减震支柱上端与机翼的连接形式取决于收放要求。对收放式起落架,撑杆可兼作收放作动筒。扭矩通过扭力臂传递,亦可以通过活塞杆与减震支柱的圆筒内壁采用花键连接来传递。这种形式的起落架构造简单紧凑,易于放收,而且质量较小,是现代飞机上广泛采用的形式之一。 支柱式起落架的缺点是:活塞杆不但承受轴向力,而且承受弯矩,因而容易磨损及出现卡滞现象,使减震器的密封性能变差,不能采用较大的初压力。 摇臂式起落架 摇臂式起落架的主要特点是:机轮通过可转动的摇臂与减震器的活塞杆相连。减震器亦可以兼作承力支柱。这种形式的活塞只承受轴向力,不承受弯矩,因而密封性能好,可增大减震器的初压力以减小减霞器的尺寸,克服了支柱式的缺点,在现代飞机上得到了广泛的应用。摇臂式起落架的缺点是构造较复杂,接头受力较大,因此它在使用过程中的磨损亦较大。