飞机起落架的分类
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(1)后三点式起落架
*后三点式:这种起落架有一个尾支柱和两个主起落架。而且飞机的重心在主起落架后面。后三点式起落架多用于低速飞机。
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后三点式起落架结构简单,适用于低速飞机,因此在40年代中期以前被广泛使用。目前,这种起落架主要用于轻型和超轻型低速活塞式发动机飞机。
后三点式起落架有以下优点:一是便于在飞机上安装尾轮。与前轮相比,尾轮结构简单,尺寸和质量更小。第二,正常着陆时,三个轮子同时着地,也就是说飞机坠落时(着陆过程的第四阶段)的姿态和地面滑行停止时是一样的。也就是说,地面滑行迎角大,因此,它可以利用大的飞机阻力减速,从而减少着陆和滑行距离。所以早期的飞机大多布置了后三点式起落架。
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然而,随着飞机的发展和飞行速度的不断提高,后三点式起落架暴露出越来越多的缺点:
(1)高速行驶时,遇到前方冲击或强力刹车时,容易倒立(俗称抱顶)。所以为了防止倒立,不允许后三点式起落架强力刹车,从而增加着陆后的滑行距离。
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(2)如果实际着陆速度大于规定值,就容易出现“跳跃”现象。因为在这种情况下,飞机接地时的实际迎角会小于规定值,这样尾翼就会抬起,只有主轮接地。在着地的瞬间,作用在主轮上的冲击力会产生抬头的力矩,使迎角增大。此时飞机的实际速度大于规定值,会导致升力大于飞机重力,使飞机再次上升。之后飞机速度迅速下降,飞机再次坠落。这种飞机不停升降的现象叫做“跳跃”。如果飞机着陆时的实际速度远高于规定值,那么跳跃高度可能很高,从这个高度掉下来飞机可能会损坏。
(3)起飞和降落时不稳定。比如在滑行过程中,一些扰动(侧风或路面不平,使两侧车轮的阻力不相等)使飞机相对于其轴线转动一定的角度,然后在支柱上形成的摩擦力会产生相对于飞机质心的力矩,使飞机转向更大的角度。
(4)停稳、起飞、滑行时,前机身抬起,向下视野不好。
基于以上缺点,后三点式起落架的主导地位逐渐被前三点式起落架所取代。目前只有少部分小型低速飞机还在使用后三点式起落架。
(2)前三点式起落架
*前三点式起落架:这种起落架有一个前支柱和两个主起落架。而且飞机的重心在主起落架的前面。目前高速飞机普遍采用前三点式起落架。
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前三点式起落架是目前大多数飞机采用的起落架布置方式。与后三点式起落架相比,前三点式起落架更适合高速飞机的起降。
前三点式起落架的主要优点是:
*落地方便,安全可靠。如果实际着陆速度大于规定值,当主轮着地时,作用在主轮上的冲击力使迎角急剧减小,因此不可能产生像后前三点式起落架那样的“跳跃”现象。
*方向稳定性好,侧风着陆时更安全。在地面滑行时,控制和转弯更加灵活。
*没有倒立的危险,所以允许强制动。所以可以减少落地后的跑步距离。
*由于飞机机身在停止、起飞和降落时处于水平或接近水平的状态,向下的地平线较好,喷气式飞机上发动机排出的气体不会直接喷到跑道上,所以对跑道的影响较小。
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然而,前三点式起落架仍然有许多缺点:
*前起落架很难布置,尤其是单引擎飞机,机身前部剩余空间很小。
*前起落架承载大,体积大,结构复杂,质量大。
*着陆和滑行时,处于小迎角状态,不能充分利用空气阻力进行制动。在凹凸不平的跑道上滑行时,超越障碍物(沟渠、土堆等)的能力。)也是穷。
*前轮会产生摆振,需要有防止摆振的设备和措施,增加了前轮的复杂性和重量。
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尽管如此,由于现代飞机的着陆速度很高,并且保证着陆时的安全性是决定起落架形式的首要决定因素,而前三点式起落架在这方面与后三点式起落架相比具有明显的优势,因此被广泛使用。
(3)自行车起落架
*自行车式:这种起落架在飞机重心前后有一个主起落架,在飞机左右机翼下有一个翼下支柱,即副轮。
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无论是前三点式起落架还是后三点式起落架,主轮都布置在机翼下方,所以飞行时主轮是包含在机翼内的。但有些飞机的机翼或其他结构设备很薄,很难将主起落架放入机翼。这种飞机(尤其是上翼轰炸机)经常使用自行车起落架,如美国的“平流层堡垒”B-52。因为自行车起落架的两个主轮在机身轴线上,飞行时直接收纳在机身内,左右机翼下只安装了一个较小的辅助轮。
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自行车起落架虽然解决了主起落架收放的问题,但也带来了很多缺点:
*前起落架承载较大,增加了尺寸和质量。
*起跳和跑动时不容易离地,增加了起跳和跑动的距离。为了使飞机达到起飞迎角,需要依靠特殊的措施,如在起飞和滑行过程中延长前起落架支柱的长度或缩短后起落架支柱的长度。
*不能用主轮制动的方法,而必须用转向操纵机构来实现地面转弯等。
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由于以上不利因素,除非不可能,一般不使用自行车起落架。目前只有少数飞机采用这种起落架布局,如美国的鹞式AV-8垂直起降飞机。
*多柱式:
这种起落架的布局类似于前三点式起落架。飞机重心在主起落架前方,但有多个主起落架支柱,一般用在大型飞机上。比如美国的波音747客机,苏联的C-5A(军用运输机)和伊尔86客机(起飞质量206吨)。显然,使用多个支柱和机轮可以减少起落架对跑道的压力,增加起飞和着陆的安全性。
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在这四种布置中,前三种是最基本的起落架形式,多支柱式可以看作是前三点的改进形式。目前现代飞机上应用最广泛的起落架布局是前三点式布局。
③起落架的结构分类
*框架起落架
框架式起落架的主要特点是通过承力框架将机轮与机翼或机身连接起来。承重框架中的杆件和减震支柱相互铰接。它们只承受轴向力(沿各自轴线),不承受弯矩。因此,这种结构的起落架结构简单,重量轻,过去广泛应用于轻型低速飞机。但由于收放困难,现代高速飞机基本不使用。
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*支柱起落架
支柱式起落架的主要特点是减震器和承力支柱是一体的,机轮直接固定在减震器的活塞杆上。减震器支柱上端和机翼之间的连接形式取决于收缩要求。对于收放式起落架,支柱也可用作收放作动筒。扭矩可以通过扭力臂传递,也可以通过活塞杆和减震支柱的气缸内壁之间的花键连接传递。这种类型的起落架结构简单紧凑,易于收起,重量轻,是现代飞机中广泛使用的形式之一。
支柱式起落架的缺点是活塞杆不仅承受轴向力,还承受弯矩,容易磨损和卡阻,使减震器的密封性能变差,不能采用大的初压。
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*摇杆起落架
摇杆式起落架的主要特点是机轮通过可旋转的摇臂与减震器的活塞杆相连。减震器也可以用作承重柱。这种类型的活塞只承受轴向力,不承受弯矩,因此具有良好的密封性能,可以提高减振器的初始压力以减小减振器的尺寸,克服了柱型的缺点,在现代飞机上得到广泛应用。摇杆式起落架的缺点是结构复杂,接头受力大,所以在使用过程中磨损也大。