主起落架艙門(mén)放下故障影響因素研究

游凡

【摘 要】本文對(duì)某機(jī)型主起落架艙門(mén)收放機(jī)構(gòu)和原理進(jìn)行分析，研究了艙門(mén)放下時(shí)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象及影響因素。針對(duì)影響因素為主的液壓管路設(shè)計(jì)，給出了不同的優(yōu)化方案進(jìn)行對(duì)比分析，最后得出主起落架艙門(mén)管路設(shè)計(jì)的建議優(yōu)化措施，為民用飛機(jī)的主起落架艙門(mén)收放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】主起落架艙門(mén)；管路設(shè)計(jì)；影響因素

Influence Factors Research on Main Landing Gear Door Extension Fault

YOU Fan

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai 201210，China）

【Abstract】Based on the analysis of a main landing gear door retraction/extension system and principle， the possible phenomenon and influence factors of door extension are studied. According to the hydraulic pipeline design， different optimization schemes are proposed and analyzed for obtaining the effective optimization measures to design the hydraulic pipeline of the main landing gear door. The analysis results and conclusion is significant and provide a reference for designing this kind of retraction/extension system of main landing gear door.

【Key words】Main landing gear door；Pipeline design；Influence factors

0 前言

飛機(jī)在起飛、著陸階段時(shí)，其安全性主要靠起落架的有效工作[1]。在可收放的起落架系統(tǒng)中，由于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)多，系統(tǒng)中通常存在多個(gè)驅(qū)動(dòng)力協(xié)調(diào)工作[2]。飛機(jī)起飛和著陸時(shí)，起落架艙門(mén)和起落架按照一定的運(yùn)動(dòng)時(shí)序進(jìn)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)艙門(mén)打開(kāi)、放下和起落架的收放。

針對(duì)民用飛機(jī)主起落架艙門(mén)收放系統(tǒng)，一般采用液壓驅(qū)動(dòng)艙門(mén)作動(dòng)筒動(dòng)作，通過(guò)上位鎖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)艙門(mén)收上時(shí)的鎖定和放下時(shí)的開(kāi)鎖。由于涉及多機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)動(dòng)作，在控制起落架艙門(mén)放下時(shí)，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是艙門(mén)上位鎖未打開(kāi)，而艙門(mén)作動(dòng)筒已動(dòng)作，將艙門(mén)放下。本文以某機(jī)型的主起落架艙門(mén)收放系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析主起落架艙門(mén)放下時(shí)出現(xiàn)該現(xiàn)象的影響因素，從液壓管路設(shè)計(jì)出發(fā)，研究不同管路設(shè)計(jì)對(duì)起落架艙門(mén)放下的影響，為民用飛機(jī)主起落架艙門(mén)收放系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

1 主起落架艙門(mén)收放原理

該主起落架艙門(mén)收放系統(tǒng)為典型的民用飛機(jī)艙門(mén)收放機(jī)構(gòu)，如圖1所示。主起落架艙門(mén)一端安裝在機(jī)體結(jié)構(gòu)上，艙門(mén)上位鎖固定在上位鎖支架上，艙門(mén)關(guān)閉時(shí)，上位鎖鉤住艙門(mén)鎖環(huán)。起落架艙門(mén)收放通過(guò)電控和液壓驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)：當(dāng)接收到起落架放下控制命令時(shí)，起落架控制閥打開(kāi)，液壓驅(qū)動(dòng)上位鎖作動(dòng)筒開(kāi)鎖，上位鎖鎖鉤放下，艙門(mén)在作動(dòng)筒的驅(qū)動(dòng)下打開(kāi)到放下位置。當(dāng)主起落架艙門(mén)收上時(shí)，艙門(mén)在作動(dòng)筒的驅(qū)動(dòng)下關(guān)閉，末端時(shí)刻通過(guò)艙門(mén)鎖環(huán)帶動(dòng)鎖鉤轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上鎖。

飛機(jī)的液壓系統(tǒng)依據(jù)飛機(jī)頂層需求和各系統(tǒng)用戶(hù)需求，進(jìn)行綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝布置。該主起落架艙門(mén)收放的液壓原理如圖2所示，通過(guò)起落架控制閥控制艙門(mén)打開(kāi)管路和關(guān)閉管路的液壓驅(qū)動(dòng)。艙門(mén)打開(kāi)管路分別連艙門(mén)作動(dòng)筒打開(kāi)腔和上位鎖作動(dòng)筒開(kāi)鎖腔。當(dāng)接收到主起落架艙門(mén)打開(kāi)指令時(shí)，上位鎖開(kāi)鎖管路和作動(dòng)筒打開(kāi)管路在液壓驅(qū)動(dòng)下同時(shí)供壓，從而保證上位鎖開(kāi)鎖和艙門(mén)作動(dòng)筒動(dòng)作。

2 主起落架艙門(mén)放下影響因素

基于以上工作原理，對(duì)主起落艙門(mén)放下時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行研究：當(dāng)進(jìn)行艙門(mén)放下動(dòng)作時(shí)，上位鎖還未開(kāi)鎖，艙門(mén)鎖環(huán)在艙門(mén)作動(dòng)筒的驅(qū)動(dòng)下，從鎖鉤脫出。當(dāng)艙門(mén)打開(kāi)到放下位置時(shí)，上位鎖在液壓驅(qū)動(dòng)下開(kāi)鎖。

由于艙門(mén)打開(kāi)管路同時(shí)給上位鎖開(kāi)鎖管路和艙門(mén)作動(dòng)筒打開(kāi)管路供壓，上位鎖作動(dòng)筒在達(dá)到開(kāi)鎖壓力前，艙門(mén)鎖環(huán)從鎖鉤上脫出。之后在液壓驅(qū)動(dòng)下艙門(mén)打開(kāi)，上位鎖逐步建立開(kāi)鎖壓力，在上位鎖作動(dòng)筒的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)鎖。主起落架艙門(mén)打開(kāi)過(guò)程是多個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的耦合作用，因而對(duì)其放下影響分析需要從結(jié)構(gòu)和液壓管路設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行研究。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上分析，在艙門(mén)打開(kāi)管路給艙門(mén)收放作動(dòng)筒和上位鎖作動(dòng)筒供壓的同時(shí)，起落架艙門(mén)和上位鎖固定支架存在變形，該結(jié)構(gòu)變形受艙門(mén)材料屬性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和支架的安裝方式等多個(gè)因素影響。同時(shí)，對(duì)上位鎖鎖鉤結(jié)構(gòu)分析，如圖3所示，沿鎖環(huán)的外側(cè)方向，不是采用的閉合設(shè)計(jì)。在沒(méi)有設(shè)計(jì)擋塊的情況下，艙門(mén)變形到一定程度時(shí)，可導(dǎo)致鎖環(huán)從鎖鉤的滑槽脫出。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)艙門(mén)及鎖支架的變形導(dǎo)致艙門(mén)鎖環(huán)沿外側(cè)位移超過(guò)3.3mm時(shí)，鎖環(huán)便從鎖鉤中脫出，此時(shí)上位鎖尚未完成開(kāi)鎖壓力的建立，無(wú)法打開(kāi)鎖鉤。

2.2 液壓管路設(shè)計(jì)因素

從液壓原理上分析，由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，基于各個(gè)系統(tǒng)的功能需求，以及安全性、適航性、可靠性和維護(hù)性上的考慮[3]，管路的設(shè)計(jì)、布置和安裝同樣具有多樣性和復(fù)雜性特點(diǎn)。在飛機(jī)上液壓系統(tǒng)管路長(zhǎng)、數(shù)量多、布置復(fù)雜，因而起落架艙門(mén)收放液壓管路的設(shè)計(jì)必須考慮管路的壓力損失情況。液壓管路的壓力損失包括了沿程壓力損失和局部壓力損失。

2.2.1 沿程壓力損失

液體在等徑管路流動(dòng)中，因摩擦和質(zhì)點(diǎn)的相互擾動(dòng)而產(chǎn)生的壓力損失稱(chēng)為沿程壓力損失[4]。液體的流動(dòng)狀態(tài)不同，所產(chǎn)生的沿程壓力損失有所不同?？紤]液壓油在主起落架艙門(mén)收放系統(tǒng)中流動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算公式如下：

其中：Re=為雷諾數(shù)，l為管路長(zhǎng)度，d為管路直徑，ρ為液體密度，v為液體平均流速，v為運(yùn)動(dòng)粘度；λ為沿程阻力系數(shù)，考慮實(shí)際圓管界面可能有變形，可對(duì)金屬管取λ=。

從公式中可以看出，沿程壓力損失與管道長(zhǎng)度、直徑、液體的粘度及流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。基于飛機(jī)液壓系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)和布置特點(diǎn)，沿程壓力損失是液壓系統(tǒng)主要壓力損失之一。

2.2.2 局部壓力損失

液壓油流經(jīng)管路的彎頭、接頭、突變的截面以及閥口、濾網(wǎng)等局部裝置時(shí)，液流方向和大小發(fā)生變化，會(huì)形成漩渦、氣穴，并發(fā)生強(qiáng)烈的撞擊現(xiàn)象，造成的壓力損失稱(chēng)為局部壓力損失[4]。

計(jì)算公式如下：ΔPξ=ξ■

其中：為局部阻力系數(shù)，一般依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，可查有關(guān)手冊(cè)。

實(shí)際情況中，艙門(mén)打開(kāi)管路給上位鎖開(kāi)鎖管路和艙門(mén)作動(dòng)筒打開(kāi)管路同時(shí)供液壓油，由于上位鎖開(kāi)鎖管路較長(zhǎng)，管徑較小，管路的彎頭位置較多，因此帶來(lái)的壓力損失會(huì)大于艙門(mén)作動(dòng)筒打開(kāi)管路。

綜合上述分析，在一定載荷情況下，艙門(mén)和支架的結(jié)構(gòu)變形、上位鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓管路設(shè)計(jì)，三種因素相互耦合作用，導(dǎo)致艙門(mén)放下時(shí)脫鎖現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)影響大小及設(shè)計(jì)更改的權(quán)衡分析，液壓管路設(shè)計(jì)是起落架艙門(mén)放下的主要影響因素，對(duì)其進(jìn)行研究。

3 不同管路設(shè)計(jì)對(duì)主起落架艙門(mén)放下影響

在不改變主起落架艙門(mén)、鎖支架和上位鎖結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)優(yōu)化主起落架艙門(mén)收放系統(tǒng)的液壓管路設(shè)計(jì)，分析在不同優(yōu)化方案下對(duì)主起落架艙門(mén)放下造成的影響。

基于液壓管路在飛機(jī)上布置的復(fù)雜性，需要根據(jù)管路的實(shí)際長(zhǎng)度、直徑和布置路徑來(lái)優(yōu)化管路設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算其壓力損失值來(lái)平衡各個(gè)管路的壓力分配，優(yōu)化的方案如圖4、圖5、圖6所示。

圖4為方案一，管路管徑優(yōu)化的示意圖。當(dāng)艙門(mén)打開(kāi)管路同時(shí)給上位鎖開(kāi)鎖管路和艙門(mén)作動(dòng)筒打開(kāi)管路供壓時(shí)，依據(jù)壓力損失計(jì)算結(jié)果，不更改原有液壓管路的長(zhǎng)度和路徑設(shè)計(jì)，將上位鎖開(kāi)鎖管路直徑由6.35mm改為12.7mm，其余管路管徑保持12.7mm不變。

路，上位鎖開(kāi)鎖管路直徑更改為12.7mm。

通過(guò)仿真平臺(tái)設(shè)定相同試驗(yàn)條件和工況，進(jìn)行艙門(mén)打開(kāi)仿真分析。仿真過(guò)程中采集上位鎖作動(dòng)筒腔和艙門(mén)作動(dòng)筒腔的壓力值，原始管路設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果如圖7所示，方案一采用優(yōu)化管路管徑的仿真結(jié)果如圖8所示，方案二采用優(yōu)化管路路徑的仿真結(jié)果如圖9所示，方案三采用綜合優(yōu)化管路管徑和路徑的仿真結(jié)果如圖10所示。

從仿真結(jié)果可以看出，在初始的液壓管路設(shè)計(jì)下，同時(shí)刻的艙門(mén)作動(dòng)筒腔內(nèi)壓力明顯高于上位鎖作動(dòng)筒腔內(nèi)壓力，在上位鎖未到達(dá)開(kāi)鎖壓力前，過(guò)高的艙門(mén)作動(dòng)筒壓力導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)變形，從而造成了鎖鉤脫鎖現(xiàn)象的發(fā)生。方案一、方案二和方案三通過(guò)更改管路管徑和路徑，仿真結(jié)果顯示出上位鎖作動(dòng)筒腔和艙門(mén)作動(dòng)筒腔內(nèi)壓力具有較一致的同步性，優(yōu)化方案平衡了兩個(gè)分支管路的壓力分配，有利于在艙門(mén)變形前上位鎖優(yōu)先達(dá)到開(kāi)鎖壓力。

同時(shí)，考慮飛機(jī)整體的液壓管路設(shè)計(jì)和布置要求，方案一僅增加上位鎖管路管徑，對(duì)飛機(jī)整體的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響較??；方案二調(diào)整了管路路徑，基本能較好的平衡兩腔壓力，但由于未更改上位鎖管徑大小，仿真出現(xiàn)了連續(xù)的壓力波動(dòng)；方案三解決了方案二中出現(xiàn)的波動(dòng)問(wèn)題，但是管路設(shè)計(jì)調(diào)整較大。因此，結(jié)合設(shè)計(jì)需求和仿真情況，確認(rèn)方案二為主起落架艙門(mén)放下管路的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，為后續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試，進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)主起落架艙門(mén)放下脫鎖現(xiàn)象及影響因素分析，從液壓管路設(shè)計(jì)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了三種不同的管路優(yōu)化方案，并進(jìn)行了仿真分析。從結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)更改管路和管徑均能改善上位鎖開(kāi)鎖管路和艙門(mén)打開(kāi)管路的壓力分配，避免過(guò)高的艙門(mén)打開(kāi)管路壓力給艙門(mén)和鎖支架結(jié)構(gòu)造成的變形影響，同時(shí)可保證上位鎖開(kāi)鎖壓力的優(yōu)先建立，使上位鎖打開(kāi)。另外，通過(guò)優(yōu)化起落架艙門(mén)、上位鎖和鎖支架結(jié)構(gòu)，也能進(jìn)一步多角度的綜合優(yōu)化主起落架艙門(mén)收放系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。

通過(guò)以上對(duì)主起落架艙門(mén)放下現(xiàn)象的研究和仿真分析，為后續(xù)試驗(yàn)提供指導(dǎo)，也為民用飛機(jī)的主起艙門(mén)收放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)參考。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]