整机状态下起落架停机压缩量估算方法研究

范建博　魏亮亮　雷珊

摘要：通过对起落架缓冲器受力状态的理论分析，给出了飞机起落架停机压缩量理论与实际情况出现差异的原因和停机压缩量的试验及估算的解决方案。该方案主要通过试验对起落架外部载荷进行采集，并通过内、外部载荷的拆分和重组，拟合得出了飞机停机状态下的外载-压缩量曲线，依据该曲线就可以获得较为准确的飞机给定停机状态下的起落架停机压缩量范围。

关键词：起落架  缓冲器  停机压缩量  研究

Study on Estimation Method of Landing Gear Shutdown Compression Under Complete Machine Condition

FAN Jianbo   WEI Liangliang   LEI Shan

（AVIC Xi'an Aircraft Industry Group Co.， Ltd.， Xi'an， Shaanxi Province， 710089 China）

Abstract： Based on the theoretical analysis of the stress state of the landing gear buffer， the reasons for the difference between the theoretical and actual situation of the aircraft landing gear shutdown compression and the solutions for the test and estimation of the shutdown compression are given. In this scheme， the external load of the landing gear is collected through the test， and the external load compression curve under the aircraft shutdown state is fitted through the separation and reorganization of the internal and external loads. According to this curve， a more accurate range of landing gear shutdown compression under the aircraft given shutdown state can be obtained.

Key Words： Landing gear; Buffer; Shutdown compression; Research

起落架用于飛机的起飞、降落，以及地面滑行时支撑飞机和地面机动控制飞机，是飞机的重要组成部分。起落架的停机压缩量是指在停机状态下，起落架缓冲器活塞压缩行程，一般通过活塞杆的外露量范围来检查飞机停机压缩量，目视检查停机压缩量范围可以用来辅助判断起落架缓冲器的工作状态是否良好，目前一些在役飞机的停机压缩量与实际规定不符，维护人员长期依靠经验进行维护，因此有必要对飞机停机压缩量的范围进行研究。

1问题描述

飞机停机压缩量受内部摩擦力的影响，其数值不能用计算的方法准确获取，当内外部作用力与摩擦力平衡后，飞机停止压缩，此时摩擦力大小处于正反最大静摩擦力之间，因此当飞机起落架密封及起落架结构形式、承载等导致起落架内部的摩擦力占比较大时，该变化范围就会越大，也更加难以估算，即使两架飞机重量等状态相同，但停机时压缩量也会不一致，甚至同一架机的对称分布的左右主起落架其压缩量也会不同。

一般飞机起落架停机压缩量的范围的计算是使用缓冲器附件状态在试验室测量的静压曲线进行计算，此种方法在缓冲器负载较小，内部摩擦力占比较小时，估算的范围较准确，但当缓冲器负载较大，尤其起落架处于停机状态，缓冲器角度与静压曲线测量时的安装角度不同，侧向带负载时，内部摩擦力占比大幅增加，摩擦力大小的不确定性导致按缓冲器本身的静压曲线计算的停机压缩量往往与实际不符。

2理论计算

以简单支柱式起落架常采用的单腔式油-气缓冲器为例，其受力分析见图1，从公式（1）可以看出，减震支柱承受弯曲与不承受弯曲摩擦力完全不同，因此可以得出，由于安装角的存在，停机状态下侧向力导致的摩擦力增大，是多数飞机实际停机压缩量与静压曲线计算的理论压缩量不符的原因所在，当侧向力导致的摩擦力增量较小时，可以通过静压曲线近似估算压缩量，但当侧向力导致的摩擦力增量占比较大时，停机状态下压缩量不能简单的使用静压曲线进行计算，而即使考虑侧向力，对摩擦力进行计算，也存在影响摩擦力的因素的不确

定性大而难以计算，这些因素包括摩擦系数、润滑状态、内部压力变化导致的摩擦力变化等，均给压缩量的正向计算带来了计算难度，对计算准确度影响很大。

减震支柱承受弯曲：

减震支柱不承受弯曲：

其中，F为减震支柱空气弹簧力;F为减震支柱内部摩擦力，由减震支柱的皮碗摩擦力和弯曲摩擦力组成：K为减震支柱皮碗摩擦系数;μ为减震支柱弯曲摩擦系数;N、N为减震支柱弯曲引起的上、下支承点处法向力;。

3研究方法及流程

在对正向计算理论进行分析后，为避免摩擦力计算不准确导致的压缩量估算值误差较大问题，通过缓冲器内、外部受力分析，结合内部受力分析基础上，通过其他力值的计算及测量，通过力学平衡公式，反向计算得出内部摩擦力值，从而完成压缩量的估算工作，具体起落架减震支柱停机压缩量试验及计算方案如下。

（1）收集飞机前、主起落架缓冲支柱的静压曲线，用于计算不同压缩量对应的气体载荷值以及垂直状态下支柱内部摩擦力值。

（2）进行整机缓冲支柱压缩量测量试验，进行停机状态下不同加油量所对应的前、主起落架减震支柱压缩量，前、主起载荷等数据的测量试验，以计算出停机状态下减震支柱轴向载荷。

（3）利用同一压缩量下的气体载荷值相同的原理，按减震支柱轴向受力分析，用缓冲支柱停机状态下轴向载荷减去按（1）条计算的气体载荷值可得到停机状态下摩擦力值。

（4）由于压缩量测量试验已经得到部分压缩量数据，无法得到全行程内的压缩量及外载数据，因此需按照摩擦力公式体现的线性关系结合（3）条得到的摩擦力拟合出停机状态下摩擦力的变化趋势曲线。

（5）使用全行程内的气体载荷与压缩量对应数据，以及拟合的摩擦力趋势曲线，利用轴向受力公式可反向计算得出停机状态下的支柱载荷和压缩量曲线。使用该曲线结合飞机各装载状态下起落架支柱上的最小、最大载荷可估算出停机状态下，压缩量的可能范围;测量厂内飞机停机状态实际数据，对停机状态压缩量曲线正确性进行验证。

（6）结合内、外场测量数据对停机状态下起落架减震支柱压缩量检查要求进行修订。

4试验

结合飞机燃油放油试验，每改变给定重量，进行各起落架上飞机重量负载的测量，同时记录缓冲支柱压缩量的变化情况，每次重量更改，应等待一定时间让缓冲支柱稳定后进行测量，同时可能的情况下，轻微晃动支柱避免因摩擦力锁定，致使重量变化后，压缩量不能适时变化的情况，同时对测量数据也要进行甄别，对明显摩擦力与压缩量变化对应关系趋势出现错误的数据进行剔除，这些数据一般也是因摩擦力锁定支柱导致。

5数据分析

5.1静压曲线

静压曲线为缓冲支柱自身外载与行程的对应关系，一般在附件车间台架上进行测量，以某主起落架静压曲线为例，如图2所示，静压曲线由P1到P2为压缩行程曲线，P3到P4为回弹曲线，同一压缩量处摩擦力大小相等，方向相反，由此可推算出垂直状态下，各压缩行程處的内部气体载荷，该气体载荷在停机状态下与压缩量的对应关系相同，同时可得到垂直状态下的内部摩擦力。

图2  静压曲线

5.2停机状态下减震支柱内部摩擦力计算

停机状态下，不用考虑阻尼力，图1中轴向力可表示为：+F，通过起落架结构受力分析，将结合燃油放油试验测得的地面载荷分配到缓冲器轴向，得到轴向力，在结合静压曲线分解的得到的气体载荷值，可计算得到停机状态下缓冲器内部摩擦力和压缩量之间的关系。

5.3飞机停机状态下的近似静压曲线

依据上面减震支柱气体载荷与停机状态下摩擦力可以得出减震支柱拉伸及压缩状态下外载值对应的压缩量，形成外载与压缩量曲线。据此曲线，结合给定飞机重量下的起落架支柱上的载荷分配，可估算出支柱的压缩量范围。以停机状态支柱为承压状态进行估算，同一载荷下的压缩量范围应在压缩曲线至零摩擦曲线之间。

6停机压缩量估算

按照反向拟合得出的整机状态下的静压曲线，即可估算出给定重量负载下的停机状态缓冲支柱压缩量范围，通过外场飞机停机压缩量调研数据比对，一般飞机停机压缩量范围处于给定载荷从对应的缓冲支柱受压状态曲线到“零”摩擦曲线之间，即停机状态下支柱停放的平衡状态是处于受压状态，可不考虑回弹状态，但个别情况下，平衡时状态也可能处于回弹状态，如刚刚放油后的停机状态。

7结语

按照理论静压曲线计算的停机压缩量在起落架缓冲器承载较大，停机状态存在安装角、充填较“硬”时，其内部摩擦力在侧向力作用下会进一步增大，影响到停机压缩量计算的准确性，因此为了获得较为准确的停机压缩量，也便于用户对飞机的维护，可以通过本文介绍的方法对内部摩擦力进行反向计算，并按照理论，以线性关系拟合摩擦力与缓冲行程的对应关系，获得整机停放状态的静压曲线，从而可以针对给定外载获得较为准确的停机压缩量，本方法可以推广至其他机型使用。

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