民用飞机前轮转弯力矩计算方法研究

摘 要：文章介绍了民用飞机前轮转弯力矩详细的计算方法，并对西方某现有机型的前轮转弯力矩进行了估算，估算结果证明了该计算方法可靠性。该计算方法可以为起落架工作者提供有益的借鉴。

关键词：前轮转弯；稳定矩；操纵力矩

在飞机起飞、着陆、滑行、停泊等地面操纵过程中的各个阶段驾驶员需通过前轮转弯操纵系统来控制飞机的方向状态，因此飞机的前轮转弯操纵系统要能够输出足够的转矩来驱动前轮转向。飞机前轮转弯操纵系统操纵能力的强弱直接影响到飞机的地面操纵性能，因此在起落架设计过程中需要充分考虑影响飞机转弯的各种因素，以便精确计算出前轮转弯操纵系统需要提供的最小输出转矩值，保证前轮转弯操纵系统满足飞机的地面操纵需求[1][2]。文章下面提供一种简单易行的计算方法供飞机起落架设计人员参考。

1 计算方法概述

根据不同的使用需求，飞机前轮转弯操纵分为静态转弯操纵和动态转弯操纵两种方式。顾名思义，静态转弯操纵即飞机处于静止状态时驾驶员操纵飞机转向，动态转弯操纵即飞机处于滑行状态时驾驶员操纵飞机转向。除非有特殊设计要求，现代喷气式民用飞机多采用动态转弯操纵的设计方式。

1.1 设计要求

转弯力矩的设计应使得在包括重量、重心、速度、风和跑道条件在内的整个地面操纵环境内都能提供下面的方向控制能力：前轮转向应能使飞机在最大停机重量和前重心位置的组合条件下使滑跑的飞机转向。

1.2 考虑因素

以使用范围最广的前主起落架均采用双轮并列式布置的飞机为研究对象，考虑飞机几何关系、前起落架稳定距及前起落架结构特点，动态转弯操纵力矩应包含如下内容：

1.2.1 非机构摩擦损耗

（1）克服轮胎侧向载荷需要的转矩。（2）克服前起左右轮胎不对称地面摩擦力需要的转矩。（3）前起支柱有前倾角，克服轮胎垂向载荷所需的操纵力矩。

1.2.2 机构摩擦损耗

2 计算方法详细介绍

2.1 克服轮胎侧向力所需要的操纵力矩T1

按照CCAR25部第25.495条及飞机设计手册第14册第4.2.3节的描述，飞机在地面作承受0.5g的侧向加速度操纵，前轮由此产生0.5FNLG的侧向力，前轮转弯系统需提供足够的转矩克服该侧向力。前轮转弯45度时，需要的转矩最大。下面对操纵力矩T1进行计算，计算T1需首先计算侧向力FyNLG及其力臂ttotal（即动态总稳定矩）。所需的参数有：前起前倾角？渍，前轮转弯角度？茁，轮胎半径r，轮胎压缩量d，轮胎滚动半径r1等。依据以上数据可计算

T1=FyNLG·ttotal

2.2 克服左右侧轮胎不对称摩擦力所需的操纵力矩T2

前起落架转动的运动学轨迹图如图1所示。

OA'为机械稳定矩，OB'为轮心至前起支柱的距离， A'B'（为半轮轴长度）。支柱旋转？茁角后，轮轴中心点由A点运动至A'点，右侧机轮中心由B点运动至B'点。从图中投影关系可以看出，轮轴中心上升的高度为A"A？苁，右侧轮心上升的高度为B"B？苁，右侧轮心相对于轮轴中心上升的高度为A"B"对应的高度值。

通过图1中的几何关系可以求得右侧轮心相对于轮轴中心的高度变化为：

2.3 克服轮胎垂向载荷所需的操纵力矩

式中？渍为前起支柱的倾角，？酌为轮胎接地点和支柱的连线与机身对称面的夹角，R为轮胎接地点到支柱的距离。

至此，得到前起落架转弯所需要的非摩擦损耗力矩为：

T=T1+T2+T3

2.4 机构摩擦损耗

假设前轮转弯机构的效率为？浊，机构摩擦损耗可据此计算。

所以通过以上叙述综合考虑可得飞机转弯所需的最大转弯力矩为：

Ttotal=T/

3 算例

下面文章以现有的某型号单通道飞机为例，估算其所需的前轮转弯力矩与转弯机构实际可提供的力矩进行对比，来验证该计算方法的可靠性。由于缺乏详细全面的数据，文章计算过程中采用的个别数据可能不够准确，估算结果供参考。具体数据如表1所示。

通过本方法计算得出该飞机前轮转弯所需力矩约为7195Nm，转弯机构可以提供的转弯力矩为7279Nm，转弯机构满足该飞机的使用要求，该结果在一定程度上证明了文章所述计算方法的可靠度。

4 结束语

文章简述了飞机前轮转弯操纵力矩计算在飞机起落架设计中的重要作用，并给出了转弯操纵力矩的详细计算方法，可以为飞机起落架设计者在今后的工作中提供有益的借鉴。

参考文献

[1]《飞机设计手册》总编委员会编.飞机设计手册（14）[M].北京：航空工业出版社，2002.

[2]诺曼·斯·柯里.飞机起落架设计原理和实践[M].北京：航空工业出版社，1990：1-7.

作者简介：杨尚新（1983-），男，山东枣庄人，硕士研究生，工程师，研究方向：起落架设计，包含结构设计、机构设计和性能分析。