淺談波音737NG起落架的適用性

張歡冰

摘要

飛機起落架是飛機重要的承力部件，其主要承受飛機的重量和飛機在運動中的各項載荷。飛機起落架的起落架靜強度、剛強度是用來承受飛機的重量的。飛機運動時起落架所能承受的最主要力是落地時的撞擊力和滑行時的震動力。本文主要從這兩方面對飛機起落架的受力情況進行分析來判斷目前波音737NG飛機起落架的適用性。

關(guān)鍵詞：靜強度；剛強度；撞擊力；震動力

前言

飛機制造廠家為制造的飛機編寫了飛機的零部件手冊。飛機的零部件手冊中可以查到飛機上所有的零部件的信息，對于不同的飛機還明確了零部件的適用性。中國民航總局規(guī)定，維修人員在更換飛機上任何部件時都必須按照飛機零部件手冊中的規(guī)定進行更換。我公司前一段時間更換737NG飛機起落架時，由于零部件手冊規(guī)定牌號是162A1100-4的起落架不能裝在生產(chǎn)線號是169之后的飛機上，我公司和飛機制造廠家、局方進行了長時間的交涉后才將牌號是162A1100-4的起落架安裝到生產(chǎn)線號是169之后的飛機上。本文主要通過對737NG飛機起落架的受力情況分析探討目前波音737NG飛機起落架的適用性。

1.起落架的主要結(jié)構(gòu)和功能

飛機起落架是飛機最主要的承力部件，在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時用于支撐飛機重力，承受相應(yīng)載荷的裝置。簡單的說，起落架有一點像汽車的機輪，但比汽車的機輪負(fù)責(zé)的多，而且強度也大的多，它能夠承受飛機在地面時的重量并消耗和吸收飛機在著陸時的撞擊能量。

飛機起落架主要由承力結(jié)構(gòu)、緩沖裝置、滑行裝置、減速裝置、收方機構(gòu)和轉(zhuǎn)彎機構(gòu)等組成。其主要有如下功能：

（1）承受飛機與地面接觸時產(chǎn)生的靜、動載荷，防止飛機結(jié)構(gòu)發(fā)生破環(huán)。

（2）消耗飛機在著陸時和不平整的地面撞擊時產(chǎn)生的能量，防止飛機發(fā)生跳動和震動。

（3）在飛機著陸后，使飛機盡快停下來所消耗或吸收的飛機向前滑動的動能。

（4）飛機在地面滑動時提供飛機的轉(zhuǎn)彎。

2.起落架靜強度、剛強度分析

飛機的起落架受到靜力、動力等各種類型的載荷。起落架是否能安全、可靠的裝機使用必須使起落架滿足強度、剛度、涉及使用壽命和規(guī)范規(guī)定的其它要求。其中起落架的靜強度、剛強度是最基本的要素之一。

在起落架結(jié)構(gòu)上，剛度不足將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受載嚴(yán)重變形，產(chǎn)生附加應(yīng)力，發(fā)生前輪擺正，減震支柱由于剛度不足形成卡滯狀態(tài)不能吸收預(yù)期能量而使著陸過載迅速增加，起落架即使不立即破壞也會照成過度損傷。

影響起落架的靜強度、剛強度主要是由于起落架的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造起落架各子部件所使用的高強度剛的種類。

3.起落架所受的動力分析

飛機的起落架作為飛機的主要結(jié)構(gòu)組成部分，不但要滿足支撐飛機的靜強度要求，還要滿足飛機起飛、著陸、滑跑、地面操縱等諸多動力學(xué)上的要求。一個起落架是否可以裝這架飛機，起落架的動力學(xué)問題是最關(guān)心的問題之一。對于現(xiàn)代飛機其涉及到的動力學(xué)問題主要包括：

3.1 起落架落地撞擊力

起落架落地是的撞擊力學(xué)主要指飛機落地時和地面接觸的一瞬間起落架和地面產(chǎn)生的撞擊力。起落架的落地撞擊力是起落架承受的最大力，起落架能夠吸收這一撞擊力是其性能的重要指標(biāo)。

在這個受力過程中，最主要的吸收能量的部件是起落架的減震支柱。目前737NG飛機的減震支柱是變孔油氣式減震支柱，是通過固定連接在起落架減震支柱活塞上的油針，實現(xiàn)油液阻尼力隨著起落架減震支柱行程的變化而變化，從而達到其高緩沖效率、減小撞擊載荷的目的。

飛機起落架減震支柱所受的撞擊力可以由以下公式進行計算：

= . + .

公式中， 、 分別為垂直力和水平力的傳力系數(shù)。 、 是起落架所受的水平載荷和垂直載荷。雖然飛機著陸時的水平載荷和垂直載荷是受飛機落地時飛機的著陸重量、發(fā)動機的推力，飛機著陸時的速度和飛機落地時的接地角度等參數(shù)影響的。但是在正常著陸時上述數(shù)據(jù)都是在一個范圍內(nèi)變動的，因此起落架減震支柱的吸收的力也是在一定范圍內(nèi)進行變動的。

3.2 起落架著陸、滑跑時的震動力

飛機在著陸和滑跑時起落架受的動力主要包括飛機的著陸緩沖、滑跑減震、擺振等直線運動和飛機前輪操縱轉(zhuǎn)彎時非直線運動時飛機地面運動所受的力。在上述所受到的力上，最主要的兩個力是（1）飛機在著陸時，起落架由于前后機輪觸地時間不同而產(chǎn)生劇烈的俯仰震動（2）飛機在地面滑跑，越過障礙物或滑過凹凸的跑道時，起落架也會產(chǎn)生劇烈的震動。

上述震動所產(chǎn)生的載荷力是一種隨機震動現(xiàn)象，在任意時刻都不能確定其變量值的大小，但是大小在一定范圍內(nèi)。這種力對于起落架來說分兩部分進行吸收。對于比較小的力由裝在飛機起落架上的機輪進行吸收，但是一些比較大的力機輪就不能吸收則需要起落架結(jié)構(gòu)進行吸收，起落架結(jié)構(gòu)吸收上述力時在起落架結(jié)構(gòu)件上形成了疲勞應(yīng)力，一架飛機按一年使用2000飛行小時計算，其滑行距離至少6萬公里，將出現(xiàn)1億多次的滑行隨機應(yīng)力。這種疲勞應(yīng)力大大降低了起落架的結(jié)構(gòu)強度，最終會造成起落架結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。

4. 737NG起落架比較

根據(jù)飛機零部件手冊牌號是162A1100-9的起落架可以在所有737NG飛機上安裝，但是牌號是162A1100-4的起落架只能在生產(chǎn)線號169之前的飛機上進行安裝。對于波音生產(chǎn)的737NG飛機的整體構(gòu)型基本上是一致的，飛機的生產(chǎn)線號只是表示飛機制造的先后順序。生產(chǎn)線號是169之前的飛機和之后的飛機其重量數(shù)據(jù)都是一致的，具體情況如下：使用空31479千克，最大載重16148千克，最大起飛重量56472千克，最大著陸重量51710千克。

根據(jù)上面對起落架靜強度、剛強度的分析，其主要是和起落架的結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用材料相關(guān)，根據(jù)波音飛機零部件手冊，737NG飛機牌號是162A1100-4起落架和牌號是162A1100-9的起落架其子部件都是一致的，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計是一致的。因此對于737NG飛機，由于牌號是162A1100-4的起落架可以安裝在生產(chǎn)線號169之前的飛機上，因此該牌號的起落架是裝在生產(chǎn)線號169之前的飛機上是滿足其靜強度、剛強度的。所以牌號是162A1100-4的起落架可以滿足所有737NG飛機的靜強度、剛強度需求。

根據(jù)起落架的所受的動力分析：

（1）起落架的撞擊力主要由其減震支柱進行吸收，因此這里對737NG飛機牌號是162A1100-4上的減震支柱和牌號是162A1100-9上的減震支柱進行比較分析。起落架的減震支柱是由內(nèi)筒和外筒組成的，其牌號具體見下表：

減震支柱對比表

根據(jù)上表，高等級的起落架減震支柱內(nèi)外筒都是由低等級的起落架減震支柱內(nèi)外筒升級而來的。由此可以得出高等級的起落架減震支柱是由低等級的起落架減震支柱升級而來的。通過之前的公式計算上述兩個減震支柱的受力情況，其受到的撞擊力都是在相同范圍之內(nèi)的。根據(jù)起落架相關(guān)資料顯示高等級起落架的承受的撞擊力范圍更大，由此得出結(jié)論737NG飛機高等級的起落架減震支柱由于設(shè)計的升級其可靠性更高。

（2）由于起落架著陸、滑跑時的動力會引起起落架疲勞受損，對于737NG飛機的起落架波音公司制定了起落架及其子部件的報廢期限。對于牌號是162A1100-4的起落架和牌號是162A1100-9的起落架使用報廢期限都是75000個起落。同時對于起落架的主要受力子部件也根據(jù)強度等情況制定了從45000個起落架到75000個起落報廢的使用限制，并且這兩個起落架上的相同子部件的報廢期限都是一致的。由于這兩個起落架的壽命件的報廢期限都是一致的，這兩個起落架在日常使用中所能承受疲勞應(yīng)力的能力是一致的。

5.結(jié)束語

牌號是162A1100-9的起落架是由牌號是162A1100-4的起落架升級而來的，對于起落架的可靠性而言牌號是162A1100-9的起落架比牌號是162A1100-4的起落架可靠性高。但是對于起落架的適用性，牌號是162A1100-4的起落架可以裝在生產(chǎn)線號是169以后的飛機上。波音公司在其零部件手冊中的適用性的目的是希望航空公司花更過的錢去買其可靠性更高的起落架。目前我國民航業(yè)還沒有自己的零部件手冊，希望今后中國的民航業(yè)能根據(jù)中國自己的實際情況制定出自己的零部件手冊為中國的航空公司服務(wù)。

參考文獻：

[1]ISBN： 7536412983， 航空航天工業(yè)部科學(xué)技術(shù)委員會 編著，《飛機起落架輕度設(shè)計指南》，四川科學(xué)技術(shù)出版社，1989年11月

[2]ISBN：9787561235218，聶宏，魏小輝等編著，《飛機起落架動力學(xué)設(shè)計與分析》，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2013年5月

[3]ISBN：7118000248，（蘇）B.B.博伊佐夫 著，郭楨 郭培凡 譯，《飛機起落架的可靠性》，國防工業(yè)出版社，1988年2月