民用飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎力矩計(jì)算方法研究

摘 要：文章介紹了民用飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎力矩詳細(xì)的計(jì)算方法，并對(duì)西方某現(xiàn)有機(jī)型的前輪轉(zhuǎn)彎力矩進(jìn)行了估算，估算結(jié)果證明了該計(jì)算方法可靠性。該計(jì)算方法可以為起落架工作者提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：前輪轉(zhuǎn)彎；穩(wěn)定矩；操縱力矩

在飛機(jī)起飛、著陸、滑行、停泊等地面操縱過程中的各個(gè)階段駕駛員需通過前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)來控制飛機(jī)的方向狀態(tài)，因此飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)要能夠輸出足夠的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向。飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)操縱能力的強(qiáng)弱直接影響到飛機(jī)的地面操縱性能，因此在起落架設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮影響飛機(jī)轉(zhuǎn)彎的各種因素，以便精確計(jì)算出前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)需要提供的最小輸出轉(zhuǎn)矩值，保證前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)滿足飛機(jī)的地面操縱需求[1][2]。文章下面提供一種簡單易行的計(jì)算方法供飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)人員參考。

1 計(jì)算方法概述

根據(jù)不同的使用需求，飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎操縱分為靜態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱兩種方式。顧名思義，靜態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱即飛機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)駕駛員操縱飛機(jī)轉(zhuǎn)向，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱即飛機(jī)處于滑行狀態(tài)時(shí)駕駛員操縱飛機(jī)轉(zhuǎn)向。除非有特殊設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)代噴氣式民用飛機(jī)多采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱的設(shè)計(jì)方式。

1.1 設(shè)計(jì)要求

轉(zhuǎn)彎力矩的設(shè)計(jì)應(yīng)使得在包括重量、重心、速度、風(fēng)和跑道條件在內(nèi)的整個(gè)地面操縱環(huán)境內(nèi)都能提供下面的方向控制能力：前輪轉(zhuǎn)向應(yīng)能使飛機(jī)在最大停機(jī)重量和前重心位置的組合條件下使滑跑的飛機(jī)轉(zhuǎn)向。

1.2 考慮因素

以使用范圍最廣的前主起落架均采用雙輪并列式布置的飛機(jī)為研究對(duì)象，考慮飛機(jī)幾何關(guān)系、前起落架穩(wěn)定距及前起落架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱力矩應(yīng)包含如下內(nèi)容：

1.2.1 非機(jī)構(gòu)摩擦損耗

（1）克服輪胎側(cè)向載荷需要的轉(zhuǎn)矩。（2）克服前起左右輪胎不對(duì)稱地面摩擦力需要的轉(zhuǎn)矩。（3）前起支柱有前傾角，克服輪胎垂向載荷所需的操縱力矩。

1.2.2 機(jī)構(gòu)摩擦損耗

2 計(jì)算方法詳細(xì)介紹

2.1 克服輪胎側(cè)向力所需要的操縱力矩T1

按照CCAR25部第25.495條及飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第14冊(cè)第4.2.3節(jié)的描述，飛機(jī)在地面作承受0.5g的側(cè)向加速度操縱，前輪由此產(chǎn)生0.5FNLG的側(cè)向力，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)需提供足夠的轉(zhuǎn)矩克服該側(cè)向力。前輪轉(zhuǎn)彎45度時(shí)，需要的轉(zhuǎn)矩最大。下面對(duì)操縱力矩T1進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算T1需首先計(jì)算側(cè)向力FyNLG及其力臂ttotal（即動(dòng)態(tài)總穩(wěn)定矩）。所需的參數(shù)有：前起前傾角？漬，前輪轉(zhuǎn)彎角度？茁，輪胎半徑r，輪胎壓縮量d，輪胎滾動(dòng)半徑r1等。依據(jù)以上數(shù)據(jù)可計(jì)算

T1=FyNLG·ttotal

2.2 克服左右側(cè)輪胎不對(duì)稱摩擦力所需的操縱力矩T2

前起落架轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)軌跡圖如圖1所示。

OA'為機(jī)械穩(wěn)定矩，OB'為輪心至前起支柱的距離， A'B'（為半輪軸長度）。支柱旋轉(zhuǎn)？茁角后，輪軸中心點(diǎn)由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至A'點(diǎn)，右側(cè)機(jī)輪中心由B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至B'點(diǎn)。從圖中投影關(guān)系可以看出，輪軸中心上升的高度為A"A？蓯，右側(cè)輪心上升的高度為B"B？蓯，右側(cè)輪心相對(duì)于輪軸中心上升的高度為A"B"對(duì)應(yīng)的高度值。

通過圖1中的幾何關(guān)系可以求得右側(cè)輪心相對(duì)于輪軸中心的高度變化為：

2.3 克服輪胎垂向載荷所需的操縱力矩

式中？漬為前起支柱的傾角，？酌為輪胎接地點(diǎn)和支柱的連線與機(jī)身對(duì)稱面的夾角，R為輪胎接地點(diǎn)到支柱的距離。

至此，得到前起落架轉(zhuǎn)彎所需要的非摩擦損耗力矩為：

T=T1+T2+T3

2.4 機(jī)構(gòu)摩擦損耗

假設(shè)前輪轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)的效率為？濁，機(jī)構(gòu)摩擦損耗可據(jù)此計(jì)算。

所以通過以上敘述綜合考慮可得飛機(jī)轉(zhuǎn)彎所需的最大轉(zhuǎn)彎力矩為：

Ttotal=T/

3 算例

下面文章以現(xiàn)有的某型號(hào)單通道飛機(jī)為例，估算其所需的前輪轉(zhuǎn)彎力矩與轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)實(shí)際可提供的力矩進(jìn)行對(duì)比，來驗(yàn)證該計(jì)算方法的可靠性。由于缺乏詳細(xì)全面的數(shù)據(jù)，文章計(jì)算過程中采用的個(gè)別數(shù)據(jù)可能不夠準(zhǔn)確，估算結(jié)果供參考。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

通過本方法計(jì)算得出該飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎所需力矩約為7195Nm，轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)可以提供的轉(zhuǎn)彎力矩為7279Nm，轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)滿足該飛機(jī)的使用要求，該結(jié)果在一定程度上證明了文章所述計(jì)算方法的可靠度。

4 結(jié)束語

文章簡述了飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎操縱力矩計(jì)算在飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)中的重要作用，并給出了轉(zhuǎn)彎操縱力矩的詳細(xì)計(jì)算方法，可以為飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)者在今后的工作中提供有益的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委員會(huì)編.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（14）[M].北京：航空工業(yè)出版社，2002.

[2]諾曼·斯·柯里.飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)原理和實(shí)踐[M].北京：航空工業(yè)出版社，1990：1-7.

作者簡介：楊尚新（1983-），男，山東棗莊人，碩士研究生，工程師，研究方向：起落架設(shè)計(jì)，包含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能分析。