[科普中国]-多支柱起落架

起落架

起落架是飞机的重要组成部分，其重量占飞机结构重量的15%∼20%，主要用于飞机的起飞、着陆、地面滑跑和地面停放，吸收飞机在着陆及地面运动时产生的撞击、跳动以及摆振能量，改善飞机的起飞和着陆性能。

起落架的基本功能可归纳如下:

（1）支撑飞机机体，使之便于地面停放和运动。

（2）通过缓冲器吸收着陆撞击能量。

（3）通过机轮刹车装置吸收水平方向能量。

（4）通过转弯操纵机构或者差动刹车控制飞机转弯和地面运动。

（5）减缓飞机滑跑时由于跑道不平导致的振动。

（6）为地面操作（牵引、顶吊）提供附件。

（7）其它：通过起落架测量飞机重量与重心；对飞机装载量提供目测指示；通过折叠收放减低气动阻力；在起落架支柱上安装着陆灯；为驾驶人员提供收放信号；为舱门机构提供连接凸耳等。

起落架的布置形式是指飞机起落架支柱(支点)的数目和其相对于飞机重心的布置特点。目前，飞机上通常采用四种起落架形式：

后三点式：这种起落架有一个尾支柱和两个主起落架，并且飞机的重心在主起落架之后。后三点式起落架多用于低速飞机上。

前三点式：这种起落架有一个前支柱和两个主起落架，并且飞机的重心在主起落架之前。前三点式起落架目前广泛应用于高速飞机上。

自行车式：这种起落架除了在飞机重心前后各有一个主起落架外，还具有翼下支柱，即在飞机的左、右机翼下各有一个辅助轮。

多支柱式：这种起落架的布置形式与前三点式起落架类似，飞机的重心在主起落架之前，但其有多个主起落架支柱，一般用于大型飞机上。1

相关简介随着当代大型运输机变得越来越大，越来越重，传统的三点式起落架已不能满足需求，因此研制新型起落架刻不容缓。多轮多支柱起落架能有效解决大型运输机对跑道的巨大压强，多轮多支柱起落架虽然使载荷分配和传力路线变得复杂，但能大大减小起落架支柱的载荷，对减轻起落架对跑道的压强有着重大意义。

多支柱起落架多用在大型飞机上。多支柱起落架是在前三点式起落架的基础上发展起来的。起落架采用何种形式主要由飞机总重，起飞降落场地的强度，机轮大小和收藏空间等条件决定。大型运输机起飞重量很大，飞机的重量越大，越需要考虑跑道载荷，如果采用传统的前三点式起落架，飞机的起落装置不但将变得很重，减小了运输机的有效载荷，而且起落架结构会变得相当复杂，给设计工作带来很大麻烦。更为不利的是运输机对地面的压强也会大大提高。对于强调经济性的大型民用运输机而言，无疑提高了对跑道材料的要求，减小了跑道的使用寿命，增加了航空公司的运营成本。而对于大型军用运输机来说，上述缺点会降低飞机的作战效能，延误战机。

多支柱起落架的设计目的就是为了减轻大型运输机的巨大载荷，因此多轮多支柱起落架是一种采用多支柱布置形式的多轮式（小车式）起落架。多轮多支柱起落架一般包含多个主起落架支柱，其基本布置形式为多支柱式。起落架的基本结构型式为支柱式，下连轮架，轮架上有前后轮轴，轮轴两端各安装两套机轮（含刹车），成小车式排列（也有的多支机轮成一字排开）。多轮多支柱起落架一般用于大型飞机上，如美国的波音747客机、C-5A军用运输机以及苏联的伊尔86旅客机。显然，采用多支柱、多机轮可以减小起落架对跑道的压力，增加起飞和着陆的安全性。

在一个支柱上安装多个小尺寸的机轮来取代一个大机轮，可以提高飞机的通过性，减少起落架支柱的重量和机轮收放舱的最大面积，减少机身或机翼上的大开口尺寸及舱门面积，因此，也就减轻了重量。在某一个轮胎损坏的情况下其余机轮还可以工作，这提高了飞行的安全性，也在某种程度上提高了刹车能量。为了在一个起落架处增加机轮数量，可以在一排上增加机轮数量，也可以在一个起落架上增加机轮的排数，或者可以增加支柱的数量。后者能保证更好地贴附地形，在通过不平机场时使飞机更平稳地运动，这对于在土跑道上使用的重型飞机尤为重要。选择单排上的机轮数或支柱上的排数主要取决于总体布局。在现代重型飞机上最常采用的是多轮小车式起落架，机轮固定在小车的纵向梁上——轴上悬挂两排、每排两轮。还有四个机轮在一排上的安装方案。

由于多支柱起落架的支柱较多（一般有五个），因此不一定非要像C-5A一样把起落架支柱收放在机身内，可以考虑将起落架支柱安装在机翼下（如波音747）。与传统的三点式起落架相比，多轮多支柱起落架不仅能大大减小每个支柱（尤其是主起落架支柱）的载荷，而且能有效降低飞机传力构件（如樯，翼梁等）的载荷，减轻飞机的结构重量。

设计要求对多支柱飞机起落架设计的特殊要求归纳起来有以下几点：

a.为使飞机能在前线机场、半铺砌道面甚至未铺砌道面上起降，应采用多轮多支柱起落架，将接地载荷扩展到一个较大的道面上，提高飞机的漂浮性。

b.为使飞机能在前线简易机场起降，起落架应有良好的缓冲性能，故多采用双腔缓冲器。同时选用胎压较低的轮胎，或安装轮胎调压系统，提高飞机对前线简易机场的适应能力。

c.为保证飞机的安全起降，起落架应具有多套收放系统，如电液主收放系统、备份收放系统和应急机械放下系统等，提高起落架收放系统的可靠性。

d.为便于货物装卸和人员上下，应具有“下蹲”机构，以便降低飞机货舱地板高度，缩短飞机地面停留时间，提高飞机生存力。

e.为使飞机能在前线较短跑道内起降，主起落架应具有良好的刹车性能以减小着陆滑跑距离。

f.前起落架应具有大角度动力转弯系统和应急转弯系统，以保证飞机能在较窄的简易机场内完成转弯，或起飞着陆时不易偏航，提高飞机地面机动性。

国内外研究国内研究目前，国内的研究机构对起落架的研究则以起落架的落振模型为主，自建国以来我们设计的飞机以重量较小的歼击机为主，很少涉及重量较大的轰炸机和运输机。我国大型飞机的研制在上世纪七十年代开始起步，但是到了八十年代被迫停止。今年国家重新启动大型飞机的研制工作，因此研究还处于起步阶段。由于外国在该方面对中国实行技术资料封锁，加之我国现有的多轮多支柱起落架飞机的数量在不断增加，因此开展多轮多支柱起落架方面的研究有较大的实际意义。

国外研究国外对于多轮多支柱起落架方面的研究开展得比较早，也取得了很多成果。C-17运输机由麦道公司研制，采用液压可收放前三点式起落架，可靠重力应急自由放下，并可在未铺设的跑道上使用。该飞机的前起落架为双轮，每侧主起落架为6轮（每个支柱一侧有三轮）。图-160是俄罗斯最新一代的远程战略轰炸机，该飞机的前轮起落架双轮向后收起，主起落架支柱向后收起，每侧有三对机轮。伊尔-76是俄军中被用作作战支援的中程中型运输机。为适应粗糙的前线机场跑道，该机采用了液压可收放前三点式多轮低压轮胎起落架。前起落架为两对机轮，两个主起落架虽均为单支柱，但各有4个机轮。IL-96则在IL-86基础上发展而来，也采用可收放四点式起落架，包括一个双轮前起落架和三个四轮小车式主起落架。

西方国家早在二十多年前就开展了对多轮多支柱起落架的研究，而且把这种新型起落架应用到了实践中。如波音747，洛克西德－马丁公司的C-5：“银河”大型运输机等，积累了丰富的实践经验，因此在多轮多支柱起落架的研究中西方国家已经领先了我们一大步。C-5A大型运输机采用液压收放五支柱式起落架。前起落架靠液压传动的滚珠丝杠向后收起，主起落架由液压操纵转动90°后向内侧收起。前、主起落架支柱都有双腔油－气减震器。起落架共有28个机轮：前起落架有4个机轮，4个主起落架每一侧两个并列在机身底部，每个主起落架有6个机轮，两两排列呈三角形。全部轮胎尺寸均为49×17-20，前轮胎压9.45×105帕，主轮胎压7.65×105帕。有防滑装置。飞机地面转弯是靠主起落架后面脚轮转动进行协助。为了最小化重量和复杂性，起落架回收在机身底部而不在机翼内。银河的重量分布于28个机轮的起落架。起落架系统能够单独提起每个轮以更换轮胎、进行刹车的维护。从未铺设好的跑道上操作的容量是C-5A货物运输机的另一个设计要求。因此在跑道表面相对低的单元装载量是必须的。为了满足这种设计要求，主起落架装备了24个机轮，前起落架有4个机轮。主起落架包括4个支柱，每个支柱上安装6个机轮（小车）。每个小车有2个机轮在支柱的前端，另外4个机轮两两排列在支柱后端的两侧。为了提高适应不同承载能力跑道的灵活性，轮胎的压力在飞机飞行过程中既可以增加又可以减少。起落架上的多轮小车可以沿飞机中心线转动正负20度，起飞和着陆过程中遇到不同的侧风情况时可以简化操作。飞机滑行时前端两个脚轮可以自由地调整方向，从而增加地面机动性。主起落架又提供了弯曲下跪的能力，从而可以降低飞机主甲板的水平高度以便从卡车中向飞机装载货物。当主起落架呈弯曲下跪的位置时，下层甲板在前门处离地面只有4英尺多，在后门处离地只有5英尺多。C-5装备了可回收的三角形排列的机轮的起落架。起落架装备了Bendix的油气双膛减震器，Goodrich的机轮，碳刹车系统，由Hydro-Aire提供的改良的防滑单元。Goodrich的轮胎能够在飞行中抽放空气以适应目标机场的降落条件。四个主起落架一前一后的安装。主起落架的每个支柱有6轮小车，2个轮在前，4个轮在减震器后。主起落架通过液压传动装置而旋转90度向内回收。4轮前起落架靠液压传动的滚珠丝杆向后回收。假设机头部分的地面转弯半径为22.10m，对于机翼部分大约为52.12m，前起落架可以沿着120度前弧控制方向。

波音747的另一个显著特征是其主起落架在客机中是唯一的。主起落架包括四个支柱，每个支柱有四轮小车。两个后支柱安装于机身的靠近机翼的曳尾边缘，并向前收起于机身中。另外两个支柱安装在机翼下，向内回收于机翼中。为了支持飞机在跑道上的重量，四个主起落架是必须的。波音747-400有16个主起落架轮胎和2个前起落架轮胎。2