主起落架舱门放下故障影响因素研究

游凡

【摘 要】本文对某机型主起落架舱门收放机构和原理进行分析，研究了艙门放下时可能出现的现象及影响因素。针对影响因素为主的液压管路设计，给出了不同的优化方案进行对比分析，最后得出主起落架舱门管路设计的建议优化措施，为民用飞机的主起落架舱门收放系统的设计提供参考。

【关键词】主起落架舱门；管路设计；影响因素

Influence Factors Research on Main Landing Gear Door Extension Fault

YOU Fan

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai 201210，China）

【Abstract】Based on the analysis of a main landing gear door retraction/extension system and principle， the possible phenomenon and influence factors of door extension are studied. According to the hydraulic pipeline design， different optimization schemes are proposed and analyzed for obtaining the effective optimization measures to design the hydraulic pipeline of the main landing gear door. The analysis results and conclusion is significant and provide a reference for designing this kind of retraction/extension system of main landing gear door.

【Key words】Main landing gear door；Pipeline design；Influence factors

0 前言

飞机在起飞、着陆阶段时，其安全性主要靠起落架的有效工作[1]。在可收放的起落架系统中，由于运动机构多，系统中通常存在多个驱动力协调工作[2]。飞机起飞和着陆时，起落架舱门和起落架按照一定的运动时序进行动作，实现舱门打开、放下和起落架的收放。

针对民用飞机主起落架舱门收放系统，一般采用液压驱动舱门作动筒动作，通过上位锁机构实现舱门收上时的锁定和放下时的开锁。由于涉及多机构协调动作，在控制起落架舱门放下时，可能出现的现象是舱门上位锁未打开，而舱门作动筒已动作，将舱门放下。本文以某机型的主起落架舱门收放系统为研究对象，分析主起落架舱门放下时出现该现象的影响因素，从液压管路设计出发，研究不同管路设计对起落架舱门放下的影响，为民用飞机主起落架舱门收放系统设计提供参考。

1 主起落架舱门收放原理

该主起落架舱门收放系统为典型的民用飞机舱门收放机构，如图1所示。主起落架舱门一端安装在机体结构上，舱门上位锁固定在上位锁支架上，舱门关闭时，上位锁钩住舱门锁环。起落架舱门收放通过电控和液压驱动的方式实现：当接收到起落架放下控制命令时，起落架控制阀打开，液压驱动上位锁作动筒开锁，上位锁锁钩放下，舱门在作动筒的驱动下打开到放下位置。当主起落架舱门收上时，舱门在作动筒的驱动下关闭，末端时刻通过舱门锁环带动锁钩转动，实现上锁。

飞机的液压系统依据飞机顶层需求和各系统用户需求，进行综合的系统设计和安装布置。该主起落架舱门收放的液压原理如图2所示，通过起落架控制阀控制舱门打开管路和关闭管路的液压驱动。舱门打开管路分别连舱门作动筒打开腔和上位锁作动筒开锁腔。当接收到主起落架舱门打开指令时，上位锁开锁管路和作动筒打开管路在液压驱动下同时供压，从而保证上位锁开锁和舱门作动筒动作。

2 主起落架舱门放下影响因素

基于以上工作原理，对主起落舱门放下时出现的现象进行研究：当进行舱门放下动作时，上位锁还未开锁，舱门锁环在舱门作动筒的驱动下，从锁钩脱出。当舱门打开到放下位置时，上位锁在液压驱动下开锁。

由于舱门打开管路同时给上位锁开锁管路和舱门作动筒打开管路供压，上位锁作动筒在达到开锁压力前，舱门锁环从锁钩上脱出。之后在液压驱动下舱门打开，上位锁逐步建立开锁压力，在上位锁作动筒的驱动下开锁。主起落架舱门打开过程是多个机构运动的耦合作用，因而对其放下影响分析需要从结构和液压管路设计两方面进行研究。

2.1 结构设计因素

从结构设计上分析，在舱门打开管路给舱门收放作动筒和上位锁作动筒供压的同时，起落架舱门和上位锁固定支架存在变形，该结构变形受舱门材料属性、结构强度设计和支架的安装方式等多个因素影响。同时，对上位锁锁钩结构分析，如图3所示，沿锁环的外侧方向，不是采用的闭合设计。在没有设计挡块的情况下，舱门变形到一定程度时，可导致锁环从锁钩的滑槽脱出。试验发现，当舱门及锁支架的变形导致舱门锁环沿外侧位移超过3.3mm时，锁环便从锁钩中脱出，此时上位锁尚未完成开锁压力的建立，无法打开锁钩。

2.2 液压管路设计因素

从液压原理上分析，由于飞机结构的复杂性，基于各个系统的功能需求，以及安全性、适航性、可靠性和维护性上的考虑[3]，管路的设计、布置和安装同样具有多样性和复杂性特点。在飞机上液压系统管路长、数量多、布置复杂，因而起落架舱门收放液压管路的设计必须考虑管路的压力损失情况。液压管路的压力损失包括了沿程压力损失和局部压力损失。

2.2.1 沿程压力损失

液体在等径管路流动中，因摩擦和质点的相互扰动而产生的压力损失称为沿程压力损失[4]。液体的流动状态不同，所产生的沿程压力损失有所不同。考虑液压油在主起落架舱门收放系统中流动状态，计算公式如下：

其中：Re=为雷诺数，l为管路长度，d为管路直径，ρ为液体密度，v为液体平均流速，v为运动粘度；λ为沿程阻力系数，考虑实际圆管界面可能有变形，可对金属管取λ=。

从公式中可以看出，沿程压力损失与管道长度、直径、液体的粘度及流动状态有关。基于飞机液压系统管路设计和布置特点，沿程压力损失是液压系统主要压力损失之一。

2.2.2 局部压力损失

液压油流经管路的弯头、接头、突变的截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流方向和大小发生变化，会形成漩涡、气穴，并发生强烈的撞击现象，造成的压力损失称为局部压力损失[4]。

计算公式如下：ΔPξ=ξ■

其中：为局部阻力系数，一般依靠实验来确定，可查有关手册。

实际情况中，舱门打开管路给上位锁开锁管路和舱门作动筒打开管路同时供液压油，由于上位锁开锁管路较长，管径较小，管路的弯头位置较多，因此带来的压力损失会大于舱门作动筒打开管路。

综合上述分析，在一定载荷情况下，舱门和支架的结构变形、上位锁结构设计和液压管路设计，三种因素相互耦合作用，导致舱门放下时脱锁现象的发生。通过影响大小及设计更改的权衡分析，液压管路设计是起落架舱门放下的主要影响因素，对其进行研究。

3 不同管路设计对主起落架舱门放下影响

在不改变主起落架舱门、锁支架和上位锁结构的情况下，通过优化主起落架舱门收放系统的液压管路设计，分析在不同优化方案下对主起落架舱门放下造成的影响。

基于液压管路在飞机上布置的复杂性，需要根据管路的实际长度、直径和布置路径来优化管路设计。通过计算其压力损失值来平衡各个管路的压力分配，优化的方案如图4、图5、图6所示。

图4为方案一，管路管径优化的示意图。当舱门打开管路同时给上位锁开锁管路和舱门作动筒打开管路供压时，依据压力损失计算结果，不更改原有液压管路的长度和路径设计，将上位锁开锁管路直径由6.35mm改为12.7mm，其余管路管径保持12.7mm不变。

路，上位锁开锁管路直径更改为12.7mm。

通过仿真平台设定相同试验条件和工况，进行舱门打开仿真分析。仿真过程中采集上位锁作动筒腔和舱门作动筒腔的压力值，原始管路设计的仿真结果如图7所示，方案一采用优化管路管径的仿真结果如图8所示，方案二采用优化管路路径的仿真结果如图9所示，方案三采用综合优化管路管径和路径的仿真结果如图10所示。

从仿真结果可以看出，在初始的液压管路设计下，同时刻的舱门作动筒腔内压力明显高于上位锁作动筒腔内压力，在上位锁未到达开锁压力前，过高的舱门作动筒压力导致了结构变形，从而造成了锁钩脱锁现象的发生。方案一、方案二和方案三通过更改管路管径和路径，仿真结果显示出上位锁作动筒腔和舱门作动筒腔内压力具有较一致的同步性，优化方案平衡了两个分支管路的压力分配，有利于在舱门变形前上位锁优先达到开锁压力。

同时，考虑飞机整体的液压管路设计和布置要求，方案一仅增加上位锁管路管径，对飞机整体的液压系统设计影响较小；方案二调整了管路路径，基本能较好的平衡两腔压力，但由于未更改上位锁管径大小，仿真出现了连续的压力波动；方案三解决了方案二中出现的波动问题，但是管路设计调整较大。因此，结合设计需求和仿真情况，确认方案二为主起落架舱门放下管路的最优设计方案，为后续进行试验调试，进一步优化提供依据。

4 结论

本文通过对主起落架舱门放下脱锁现象及影响因素分析，从液压管路设计角度出发，设计了三种不同的管路优化方案，并进行了仿真分析。从结果中可以发现，通过更改管路和管径均能改善上位锁开锁管路和舱门打开管路的压力分配，避免过高的舱门打开管路压力给舱门和锁支架结构造成的变形影响，同时可保证上位锁开锁压力的优先建立，使上位锁打开。另外，通過优化起落架舱门、上位锁和锁支架结构，也能进一步多角度的综合优化主起落架舱门收放系统整体设计。

通过以上对主起落架舱门放下现象的研究和仿真分析，为后续试验提供指导，也为民用飞机的主起舱门收放系统的设计提供了设计参考。

【参考文献】

[1]《飞机设计手册》总编委会.《飞机设计手册》第 14 册起飞着陆系统设计[M].北京：航空工业出版社，2002.

[2]田佳杰，贾玉红.大型民机起落架收放系统建模与仿真[J].机械设计与制造，2016（5）：48-52.

[3]张怿，朱成成.大型飞机起落架液压管路布置[J].液压与气动，2014（4）：107-114.

[4]姜继海，宋锦春，高常识.液压与气动[M].北京：高等教育出版社，2002.

[责任编辑：朱丽娜]