大型民用飞机起落架的发展现状与未来趋势

杨海天

摘 要：起落架是现今飞机上最重要的部分之一，因此，起落架的优劣直接关系到飞机的使用与安全。本文通过分析大型民用飞机起落架的发展现状，了解了我国大型民用飞机起落架技术与国外先进技术的差距，对我国大型民用飞机的未来发展趋势提出了一些理解与建议。

关键词：大型民用飞机；起落架；发展趋势

中图分类号：TG1421 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0074-02

起落架是现今飞机上不可或缺的一个部分，是飞机起降滑行时支持机身和承受载荷的重要装置。飞机在着陆时，起落架会吸收绝大部分冲击，从而保障飞机的安全着陆。因此，起落架的优劣直接关系到飞机的使用与安全。而大型民用飞机相比于普通飞机起飞着陆质量十分巨大，工作环境更复杂，重要技术更繁多，这使得对起落架性能的考验更为严峻。着眼于大型民用飞机，大众和企业对大型民用飞机安全性和舒适度的要求愈发提高，起落架设计和制造的发展也变得尤为重要。

1 起落架当前发展情况

1.1 结构

随着近代技术的发展，飞机飞行速度不断提高，空气阻力也随之增大。为减小空气阻力，人们便设计出了可收放的起落架。尽管可收放的起落架加大了飞机的重量，但从整体来说这大大促进了飞机飞行技术的提升。起落架收放结构的设置根据飞机总体布局的不同，有着各种不同的起落架收置方法。对于大型民用飞机来说，巨大的着陆质量使得跑道对飞机的支撑问题变得棘手。当前，大型民用飞机的起落架多采用多轮多支柱的布局形式。比如常见的波音747飞机的起落架，就由4个主起落架和一个双轮支柱式前起落架组成。这种多轮多支柱的布局可将地面载荷分散，再传递到机体。该布局的缓冲系统相互连通，并能够以一定的控制形式调节各个起落架的载荷大小，从而并降低了飞机着陆对跑道强度的要求。

另一方面，相较于波音747吨位稍小一些的民用飞机，例如波音777，采用的是普通三点式结构布局。该布局下，起落架支柱尺寸很大，主起落架为单支柱小车式多轮起落架。现役飞机中最大的起落架就是波音777的主起落架，其长度达到3m以上。

总的来说，当前起落架结构的特点可总结为：结构布局复杂，且尺寸超大。

1.2 缓冲系统

缓冲系统设计是起落架设计最核心的部分之一。考虑到大型民用飞机的巨大重量，以及内部乘客舒适度的要求，需要更加严格的控制起落架各个运行状态下的载荷。因而缓冲系统设计中的研究重点为提高和优化缓冲性能。同时，也需要研究和掌握地面载荷确定技术，从而更好的分配载荷。

1.3 材料

考虑到起落架所需要承载的巨大荷载，起落架材料应具有高强度、高刚性和高韧性的特点。目前，世界上大多数飞机起落架，采用的是超高强度钢来进行制造，例如法国的35NCD16，美国的300M钢等。

当前所有起落架所用的超强度钢中，强度水平最高、声誉最佳的为美国的300M钢。该钢为美国国际镍公司于20世纪50年代初发展起来的。用其制造起落架不但结构尺寸较小，而且可以拥有与寿命长达数万小时的民用飞机机体同样长的使用寿命。该材料拥有强度高、韧性好、抗疲劳性优良、横向塑性高等诸多优点，目前已成为美国飞机起落架最广泛使用的材料。

无疑，300M钢起落架经过几十年的发展，零件加工技术已较为成熟，但针对大型飞机起落架零件规格超大的实际情况，依然还有一些关键技术的问题需要解决。这些问题主要表现在大规格的锻造技术上。因此，目前300M钢的研究方向主要为如何在节约成本的前提下，保质保量的完成起落架大型零件的锻造。

1.4 经济性

大型民用飞机造价高昂，因此必须在保障安全舒适的前提下，兼顧经济性。目前，在进行大型民机起落架设计时，一般从降低维护的费用以及采用先进设计手段等方面提高飞机的经济性。

当前降低飞机的维护费用有两个主要方向，一是改进维修性设计，另一方面是改进保障性设计。起落架的全周期使用维修费用，在大型民用飞机的日常维护中占到不可忽视的比重，直接影响该机型在市场上的竞争力。近年来，维修技术的发展方向主要为着重于可持续发展的绿色维修和强调无维修工作期设计的维修技术。保障性技术的研究发展方向则是飞机结构健康的监控和综合检测判断。

1.5 环境保护

大型民用飞机的环境保护主要体现在降噪处理上。考虑到民用机场的噪声等级限制，近几年各国对于机场噪声的控制越来越重视。对于大型民用飞机来说，在飞机引擎未打开前，起落架系统造成的噪声可以占到总噪声比重的25%左右。当前，降低噪声的研究方向很多，如调整起落架外形使其更符合流线型，为噪声较大的管道装上罩壳之类的方法。我国目前在起落架降噪方面，尚处于研究初期，待突破的技术关键较多，如起落架结构细节的降噪处理以及起落架结构外形对噪声的影响控制等技术问题。

2 国内外技术差距

如前文所述，当前国外大型民用飞机多采用多轮多支柱起落架，但我国采用多轮多支柱起落架的大型民机还寥寥无几，我国的多轮多支柱起落架技术还处于发展探索的阶段。且各国对于多轮多支柱起落架的研究程度各不相同，并不能给我国研究部门一个可供参考的路线，我国仍需在结构设计技术等方面的关键技术做出突破。

我国装备制造业快速发展，但关键构件的寿命短，可靠性差且重量大。这也是制约我国大型民用飞机起落架发展的主要问题。材料是我国飞机起落架技术发展的关键一步，有了良好的制造材料也就奠定了大型民用飞机起落架发展的基础。当前国外先进民用飞机的起落架设计使用寿命平均在6万次起落，而我国多数民用起落架设计使用寿命在3万次左右，与国外还有较大差距。造成这种情况的原因主要就是材料和生产技术上的不足。近几年随着我国对于300M钢的仿制工艺逐渐提升，我国的起落架寿命也在逐渐延长。

由于二战后我国飞机研制的滞后，设计研发能力也有所缺陷，这也难以满足发展飞机起落架的要求。总体看来，比起在航空方面不断发展的国家，我国在起落架技术上差距还存在于以下几个方面。

（1）我国对于起落架的研制力量不够集中，专业化程度不够。

（2）部件的疲劳，寿命不足，起落架部件的材料和生产工艺不足。

（3）技术储存不足，数据库不丰富，对高技术研究了解较少，产品研制周期长。

（4）我国产业界过分寻求见效快而不注重质量，过分依赖引进技术，缺乏创新。这使得我国的起落架技术始终落后于人。

3 发展趋势

从前文叙述可以看出，我国目前和国外大型民用飞机起落架的制造差距主要体现在结构布局，材料，生产工艺以及经验储备上。

首先从结构布局设计上看，目前我国相关设计规范十分不完善，应优先考虑完善相关设计规范。唯有规范完善了，方能使该方向的设计行业走上健全完善的，受严格监管的发展道路。另一方面，材料和生产工艺则主要从学习国外技术，改善材料性能以及改进整体锻件加工能力上着手。

近年来，我国热处理厂数量猛增，热处理产业界呈现一片繁华的景象。然而，大部分热处理厂的技术力量薄弱，设备落后，产品不能满足市场需求。同时，市场的恶性竞争更加加重了粗制滥造的情况，这使得国内热处理厂根本无法满足航空工业起落架制造的要求，严重影响了我国起落架的发展。我国应给高端装备制造业给予足够的重视，提供更加良好的管理与制度。促进大型民用飞机起落架制造业达到真正质的改变。

现阶段，我国对于大型民用飞机起落架的研发存在着过分引进和依赖国外技术的情况，且我国尚无大型民用机起落架自主设计的相关经验。针对大型民用机起落架设计技术需考虑的特点，我国应采取引进与自主创新并重的发展思路，做到突破大型民用机起落架各个关键技术，从而提高我国大型民用飞机落架的设计能力，最终形成具有自主知识产权的设计技术。

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