[科普中国]-起落架舱

简介

飞机起落架舱结构属于飞机重要承力部件，主要特点为载荷大、传力复杂。其结构的合理性、可靠性、维修性直接关系到飞机的使用安全，在设计时面临着许多关键技术问题和难点。

飞机的前起落架通常固定在机身加强框和(或)纵梁上，来自起落架支柱、作动筒、撑杆上的作用力和力矩要传到这些加强构件上。为了固定起落架支柱、作动筒、撑杆和锁，采用起落架舱，它由两侧垂直腹板、水平加强板和两端的加强框形成，在起落架舱的开口周围用加强构件进行加强。起落架支柱和撑杆通过耳片以及螺栓连接在起落架舱上，起落架舱承受起落架传递来的冲击载荷，并将载荷扩散到机身中去。

起落架舱的设计是否合理、是否满足疲劳设计的标准、起落架舱与起落架接头部位是否满足疲劳性能等将直接影响到整个飞机结构的可靠性和经济性，因此，对起落架舱进行抗冲击疲劳设计是十分必要的。并且如何在满足长寿命、高可靠性下，减轻结构的质量，使起落架舱结构到达最优设计也是飞机结构设计中极为关心的问题。1

起落架舱对运输机机身阻力的影响飞机设计中，在机翼的设计完成后,需确定合适的机翼安装角，这就要求考虑到机身构型的阻力特性,以达到飞行时的最佳升阻比。因此,了解机身构型的阻力特性,找到构型的最小阻力攻角,能在确定机翼安装角时提供参考,使飞行性能达到最优。而起落架舱作为机身上较大的部件，会对机身构型的阻力特性产生较大的影响,所以,确定机翼安装角前,应了解机身+起落架舱构型的阻力特性。

西北工业大学航空学院郑隆乾等针对某运输机机身/机身+起落架舱构型进行了CFD数值模拟,探讨了起落架舱对具有上翘后体的机身的阻力特性的影响，主要结论如下：

1)上翘17°的运输类飞机后体会出现较强的横向流动，使横向逆压梯度增大、底部附面层增厚,导致后体出现分离流动，并在向下游发展的过程中逐渐增强。随攻角的增大，分离涡由下涡系主导逐渐发展为上涡系主导。

2)机身加上起落架舱后，在一定程度上抑制了横向流动，使得因横向流动造成的分离得到减弱。

3)在起落架舱尾端出现高压区，产生一个较强的逆压梯度区域，使得流动发生分离，并在向下游发展过程中逐渐增强，与横向绕流导致的分离旋涡相互干扰。2

起落架舱表面防护技术主起落架舱周围结构主要由主起舱整流罩壁板及其内部的金属骨架组成。目前，主起舱整流罩壁板一般采用碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)，内部金属骨架常用铝合金材料，部分承载较大的接头也会使用钦合金材料。不同于飞机上的其它内部结构，主起落架舱位于气密区以外且完全开敞，直接面对飞机外部各种可能遇到的恶劣环境，主要包括湿热环境、冲击环境以及腐蚀环境等。这些恶劣环境会对复合材料和金属结构造成严重的损伤，从而影响到飞机的安全性和功能性。为了防止主起舱整流罩在这些恶劣环境下受到损伤，需要对结构表面进行一定的处理。下面对三种恶劣环境来分别介绍相应的防护技术。

湿热环境现代民用飞机主起舱整流罩壁板一般采用复合材料，复合材料结构设计的一个重要特点是必须考虑湿热环境对结构的影响。由于树脂基体是吸湿的，随着吸湿扩散，会使结构出现不同的吸湿量分布，这样不仅会降低纤维的抗腐蚀能力，在比较高的环境湿度下，还会使基体玻璃化转变温度降低，并降低其强度和刚度。为了减少湿热环境对复合材料的不利影响，目前常用的措施有:

1）所有连接件采用湿装配，钉头用密封胶密封;

2）壁板与金属骨架结构在连接前在接触面上涂密封胶，并对所有对缝处进行填角密封;

3）壁板内侧铺一层TEDLAR薄膜。

冲击环境主起落架舱是完全开敞结构并且紧邻主起轮胎，在飞机起飞和降落的过程中经常会有沙石等异物被卷入主起舱，这些异物会对主起舱内部结构造成冲击并引起结构损伤。复合材料壁板尤其是碳纤维复合材料壁板对冲击损伤相当敏感，会严重影响结构的性能。为了尽量降低外来物冲击对结构造成的损伤，经常采取的措施主要有以下几种。

（1）在分析计算的基础上，适当增加复材面板的厚度，能够尽量减少冲击损伤对结构性能的影响。

（2）所有面板的外表面加铺一层韧性较高的玻璃纤维预浸料(玻璃布)、内表面铺覆TEDLAR膜，可以对面板起到一定的防冲击保护的作用。

（3）对于主起舱内部的金属结构，除了阳极化和底漆之外，还另外涂一层耐冲击面漆，防止因漆层破坏而导致结构表面暴露在外部环境之下。

腐蚀环境主起舱整流罩主要受紫外线辐射、风化、雨蚀、异电位腐蚀影响，前三种腐蚀可以通过防护涂层给予防护。对于电偶腐蚀，结构设计中一方面注意结构的密封，避免结构吸湿，采取的措施有填角密封、防止产生积水部位等；另一方面尽量减少金属件与碳纤维结构的接触，所有复合材料面板内侧与金属骨架连接处铺一层玻璃纤维布进行异电位防护。另外，尽量选用与复合材料电位相近的钦或钦合金紧固件，并采取湿装配，以保证在连接位置密封及隔离。3