Y12F型飞机起落架结构设计_第2章起落架总体布局研究

3.05hcg Wg 9.81F
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=10.5+10.5 =21kN 承受最大总载荷的25.4%
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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
步骤8：初步选择轮胎。 主起落架分为左、右主起落架，每个主起落架有一个支柱，每个支柱装一个 轮胎；前起落架有一个支柱，该支柱上装两个轮胎。
襟翼 图 2-2 主起侧向位置影响因素
其他
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第 2 章 起落架总体布局研究
步骤1：确定该型飞行器平均气动力弦 MAC位置。 由机翼外形计算出飞机平均气动力弦 MAC，平均气动力弦 MAC的确定由总 体气动设计人员提供 步骤2：飞机重心在前限及后限位置。 该极限由飞机总体部门提供 参考基准面„„„„„„机头前 1.000m（3.28ft）处垂直于飞机纵轴的平面 后重心限制„„„„„„„„„„„„全重量基准面后 8.007m（ 26.27 ft） 前重心限制„„„„„„„ 4800 kg(10582 lb) 或以下时的前重心在基准面后 7.551m(24.774ft) ；直线变化到 6200 kg(13668 lb) 时的基准面之后的 7.613m(24.977ft ） ；直线变化到 8400 kg(18520 lb) 时的基准面之后的 7.800m(25.591ft) 。 平均气动力弦长度„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2.074 m(8.871 ft) 平均气动力弦前缘位置„„„„„„„„„„„„„„ 7.281 m（23.888 ft） 重心限制详见图 2-3。
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第 3 章 起落架总体方案分析与确定
第 3 章 起落架总体方案分析与确定
3.1 引言
本章是在第二章的基础上进行进一步的细化设计及工程计算。在第二章未 考虑起落架空间几何，收放形式，上下位锁，作动形式，结构尺寸，缓冲性能， 刹车及地面操纵性能等问题的情况下，本章主要对结构尺寸、缓冲性能和刹车 三个方面进行具体分析和详细设计。 起落架结构尺寸设计是与起落架各种功能密切相关的，例如起落架主支柱 外筒设计，其直径是与缓冲器有直接关系的。支柱外径尺寸由乘以一定系数确 定，而主支柱缓冲器内径可通过计算缓冲器压气面积得到。
图 3-1 缓冲器的效率
3.3 缓冲系统参数初步设计
3.3.1 缓冲器设计要求
1）缓冲装置（缓冲器、轮胎）在设计过程中，应当留有 10 ％的行程余量
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(2)起落架安装要求 前起落架固定在机身加强框上，向前收起到机身中； 主起落架固定在机身加强框上，沿展向向内收起，机轮收入机体内； 主起落架放下状态时，机轮平面平行于航向； 收起状态时，机轮收入机身内，最大限度利用了机体空间。 (3)着陆要求 飞行器的接地速度：水平速度：146km/h，下沉速度 <3m/s。
2.2 飞行器总体参数及起落架设计要求
起落架总体布局设计与飞行器总体参数，结构总体布置有密切关系，且与 任务包线，功能参数密不可分。本文需求总体参数由飞行器总体设计给出。 1）技术指标 (1)起落架系统总质量不大于 330kg； (2)起落架系统满足飞行器着陆要求； (3)着陆过载：不大于 4； 2）设计条件 (1)飞机最大起飞重量 8400kg，最大着陆重量 8000kg； (2)飞行器平均气动力弦 MAC：2.074m； (3)前起落架安装点坐标为（ 2813， 0， -854） ， ； (4)主起落架安装点坐标（ 8326.7，±1232.7， -865） ； (5)前主轮距： 5750mm，主轮距： 3200mm； 3）起落架总体设计要求 (1)起落架的基本布局要求 起落架采用可收放的前三点式布局形式。
3.2 缓冲器类型
飞机起落架缓冲器主要有固体弹簧缓冲器和流体弹簧缓冲器两种基本类 型，固体弹簧缓冲器分为钢制或橡胶制固体弹簧缓冲器，流体弹簧缓冲器分为 使用气体或油液、或者油气混合的流体弹簧缓冲器，油气式缓冲器是现代飞机 的主流选型。油气缓冲器相比其它类型缓冲器具有一些显著的优点，如具有良 好的性能、良好的反弹阻尼及停机压缩比、高的下沉速度承载能力等 [21]。图 3-1 对不同型式的缓冲器的效率和相应的重量做了比较。
图 2-1 方案设计步骤
2.3.2 起落架站位
起落架站位设计是起落架初步设计中的重中之重。其设计和合理性决定了 飞机在使用中的各项性能及使用寿命。同时起落架站位设计还与飞机自身特点 密切相关，因此站位设计由飞机总体设计人员提供 [19,20]。如图 2-2 所示。
发动机短舱 副翼 螺旋桨
主起落架的 侧向位置
表 2-1 轮胎参数 轮胎规格 mm 前轮 主轮 360*130-120 700*230-300 in 5.00-5 9.25-12 层 额定载荷 级 10 12 kg 970 4014 额定值 充气压力 MPa 0.7 0.69
名称
2.4 本章小结
本章首先在方案设计阶段，利用逐步渐进法对起落架的重心位置、主起落 架空间布置和停机载荷进行了合理设计，对初始布局给出了一套合理的方案。 确定了起落架的站位，轮胎的选择。为后续工程估算确定了相应数据参照。
图 2-4 近似停机点示意图
步骤7：确定地面停机时起落架载荷 在选择轮胎尺寸之前，首先要确定起落架停机载荷。前、主起落架距离和 重心前后限位置如图 2-5所示，飞机最大总重按照 8400kg进行设计，则起落架的 停机载荷计算如下： Wg=8400×9.81=82404N
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第 2 章 起落架总体布局研究
式中 W— 为飞机最大总重； g—为重力加速度； F、 L、 M、 N的含义如图 2-5所示。
图 2-5 前起落架载荷计算符号定义
主起落架最大停机载荷（单个支柱） Fzt=Wg （ F-M ） （ / 2 F） =8400×9.81×5.23/（ 2×5.75） =37.5kN 主起落架承受 91%最大总载荷。 前起落架最大停机载荷 Fqtmax =Wg （F-L） /F =8400×9.81×0.73/5.75 =10.5kN 承受最大总载荷的 12.7%。 前起落架最小停机载荷 Fqtmin =Wg（F-N ）/F =8400×9.81×0.52/5.75 =7.45kN 承受最大总载荷的 9%。 刹车最大加速度取 -3.05m/s2，则最大刹车的前起落架的载荷 Fqtmax = Fqmax+
2.3.3 轮胎的选择
轮胎的选择过程根据制造商目录列出所有的待选轮胎，识别出满足载荷和 空间要求，满足地面速度要求、机轮尺寸足以容纳刹车装置，并且重量最轻的 那些轮胎 [22-24]。 根据主起落架最大停机载荷计算结果， 所选轮胎数目进行分配， 获得单轮的最大停机载荷。对于前起落架应取最大刹车时的载荷（即停机载荷 和刹车载荷两项载荷的总和） ， 按前起落架轮胎数进行分配， 获得前起单轮最大 载荷。利用该载荷，使用轮胎厂家的轮胎目录选择轮胎。 选择前起落架为支柱轴式，该支柱上装有二个轮胎，由此前起落架最大刹 车载荷为 21kN，飞机接地最大速度为 40.56m/s。 初步确定主起落架有两个支柱，每个支柱的最大停机载荷为 37.5kN；轮胎 选择为单轮方案。 按初步选择，每个主起落架安装一个轮胎，每个前起落架安装两个轮胎， 因此轮胎载荷如下：主起落架轮胎载荷为 37.5kN；前起落架轮胎停机载荷为 10.5kN；前起落架最大刹车载荷为 21kN。 查询国军标选择的轮胎参数如表 2-1所示：
2.3 初步布局设计
2.3.1 方案设计阶段
方案设计阶段，只需建立起落架“杆图” ，以此确定主起落架和前起落架在 飞机上的纵向位置，不需考虑起落架空间几何、结构尺寸或刹车要求。目前单 轮式飞机的主起落架布局定位过程如图 2-1 所示，其他形式飞机主起落架布局 过程与之相似 [1]。 确定飞机平均气 动力弦的位置 定义飞机重心 前后限位置 确定重心的 垂直位置 布置主起 的位置 绘制停机地面线第 一次近似起点
图 2-3 重量 -重心包线图
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步骤 3：确定重心的垂向位置。 取飞机重心的前后限作两条垂线， 飞机重心的垂直位置在这条垂线上定出。 由于飞机布局通常对飞机重心的垂直位置要求不大。因此，此阶段对其垂直位 置可不作计算，只作估算即可。起落架总体设计人员更关心重心处于上限时的 状态，以此作为起落架总体设计参照。 步骤4：主起落架空间布置。 主起落架应当有足够的收放空间，其安装位置也应利于载荷传递。安装于 机身上的起落架通常有一个连接机翼后梁的机身主隔框。此外主起落架空间布 置还要结合总体设计的要求，机翼结构布局特点，以及机翼的布置对主起落架 收放空间的限制。考虑到本机采用上单翼及主起落架收放于机身内的要求，本 文设计方案采用向内的收起方式，主机翼梁载荷传递路径采用加强框的方式加 以解决。 步骤5：空间布置复查。 主起落架的安装点坐标（ 8326.7，±1232.7， -865） ，平均气动力弦前缘位 置 7281mm，主起落架（主支柱轴线）的纵向站位位于50.4%MAC处，满足 50%~55%MAC 之间的要求。 步骤6：确定近似停机点。 过重心后限画一条斜线，斜线与垂直方向成 15°，如图 2-4所示，此斜线交 于机轮中心的垂线，交点即为近似停机点 [21]。
第 2 章 起落架总体布局研究
架设计的初级阶段，也是起落架设计中最重要的阶 段，其设计结果将影响最终整个起落架的性能。其设计需要与飞行器总体参数 相协调。 在初步布局设计中不需要考虑起落架空间几何，收放形式，上下位锁，作 动形式，结构尺寸，缓冲性能，刹车以及地面操纵性能等一系列问题。总体布 局设计包括起落架在飞机上的布局形式，本文中布局形式选用一直以来被普遍 采用的前三点式布局形式，这种布局重心在主轮之前，当飞机向前运动时，主 轮的扰动是稳定的，易于操纵转弯，不会出现倒立危险，可以实行强制制动， 以缩小着陆后的滑跑距离；若着陆实际速度大于规定速度值，不会产生“跳跃” 现象。总体布局还包括起落架站位设计，此部分重点参考飞行器总体参数，合 理的设计出前主起落架的纵向位置布置。同时依据纵向位置分配的载荷查表选 择合适的轮胎型号。