飛艇起落架布局形式及特點分析

毛偉文

【摘 要】介紹了常規(guī)飛艇的起落架，分析了輪式起落架的結構布局，基于過往的經(jīng)驗，建立并分析了8種飛艇輪式起落架布局形式，并提取出7種參數(shù)作為起落架布局選擇的維度，可為未來飛艇起落架研制提供參考。

【關鍵詞】常規(guī)飛艇；起落架；布局

Analysis on the Layout of Landing Gear and Characteristic for Conventional Airship

MAO Wei-wen

【Abstract】The landing gear of conventional airship is presented， and the structure of wheel-typed landing gear is analyzed. According to the past experience， 8 kinds of formats and layouts are established and studied，and 7 parameters are picked up and used as the dimensionality for the choice criterion of format and layout. Finally， some airship is chosen to study， and the choice method of format and layout is analyzed and made certain， which can be applied in the research of landing gear for airship for future reference.

【Key words】Conventional airship；Landing gear；Layout

0 引言

飛艇是一種使用比空氣輕的氣體提供升力，通過推進系統(tǒng)抵抗風阻，可操控的低速航空器。我國飛艇起步較晚，許多與飛艇相關的技術還未得到專業(yè)的研究[1-3]。本文將立足于過往經(jīng)驗，借鑒飛機起落架布局知識，對常規(guī)飛艇起落架的布局進行研究，為飛艇起落架選型和設計提供參考。

1 飛艇起落架結構形式

飛艇起落架在起飛、著陸和地面系泊三個階段需要使用，是飛艇重要承力并兼有操縱特性的部件。在飛艇起降過程中，用于減緩飛艇撞擊地面時產生的沖擊力；地面系泊時為裝卸貨物或人員提供支撐穩(wěn)定平臺。一個好的起落架系統(tǒng)，對飛艇安全使用非常重要。

常規(guī)飛艇起落架主要有兩種形式，緩沖袋式起落架和輪式起落架。緩沖袋式采用充氣的方法，簡單易行，而且緩沖袋空氣體積較大，還能起到使飛艇在水面穩(wěn)定漂浮的作用，在早期飛艇中經(jīng)常采用[4]，但由于緩沖袋接地點柔軟，存在地面操作時穩(wěn)定性較差，在地面移動時易磨損，安全性不高等缺點；輪式起落架的結構與飛機起落架相近，其結構一般由支柱、緩沖器、機輪、輪胎及支承或收放機構等組成[5]，現(xiàn)代飛艇主要使用的是輪式起落架，也是本文的探討對象。

2 常見飛艇起落架布局與特點

統(tǒng)計目前已有常規(guī)飛艇起落架布局形式，主要有5種：單點式、自行車式、半掛車式、三點式以及雙自行車式。其中，單點式、半掛車式和三點式通過增加尾輪裝置又延伸出三種改良布局。

a）單點式

單點式起落架結構形式簡單，重量相對較輕，但由于只有一個接地點，著陸時其航向穩(wěn)定性和橫滾穩(wěn)定性較差，容易導致艇首擦地，尾翼擦地，以及艇體兩側搖晃，多為小型飛艇使用，如俄羅斯AU-30型飛艇。

b）單點+尾輪式

這種改良版的單點式布局很好地解決了起飛、著陸時尾翼易擦地問題，比較適合長細比大的飛艇，且重量增加不多。目前，采用此種布局的主要為中小型飛艇，如固特異飛艇。

c）自行車式

自行車式起落架具備單點式+帶尾輪起落架特點，而且由于有兩個起落架承擔著陸緩沖，承重緩沖性能相對較好，但因兩個起落架都在縱向中心軸上，與單點式一樣，著陸和地面系泊時橫滾穩(wěn)定性較差，不適合寬體飛艇。目前主要是中型長細比較大的飛艇采用，如美國海軍的YEZ-2A飛艇。

d）半掛車式

半掛車式的兩個起落架并列安裝在吊艙底部，其承重緩沖性能與自行車式相近，其橫滾穩(wěn)定性以及其航向偏轉應性均得到提高。不過，其縱向穩(wěn)定性與單點式一樣，艇體易前傾，尾翼易擦地，因此，不適合長細比大的飛艇。目前使用該布局形式多為長細比不大的中型飛艇，如全球航空公司的aeros40B飛艇。

e）半掛車+尾輪式

為改善半掛車式的航向穩(wěn)定性，在尾翼下方布置尾輪。重心和浮心均在機輪軸線與尾輪之間，并靠近機輪軸線。該種改良版的半掛車式布局，類似飛機的后三點式布局，穩(wěn)定性得到很大提高，適合大型飛艇。

f）前三點式

三點式起落架可分為前三點式和后三點式，目前飛艇采用前三點布局形式較多。結構為單個前起落架+一對主起落架。該布局形式與飛機起落架的前三點式布局相同，主起落架承擔飛艇的起飛著陸時的沖擊力，其航向穩(wěn)定性和橫滾穩(wěn)定性較好。由于采用三個起落架，重量相對較重，不過其承重緩沖性能較好。這種形式被普遍應用在大型飛艇上面，如美國“藍魔2”飛艇，以及早期的“哨兵-1000”飛艇。

g）前三點+尾輪式

改良版的前三點式布局在飛艇的尾翼下方布置尾輪，以改善無尾輪的三點式布局的飛艇的穩(wěn)定性，尤其是防止起飛著陸時尾翼擦地。該種改良版的三點式布局，有助于飛艇起飛，而且穩(wěn)定性得到很大提高，適合大型飛艇，尤其是長細比較大的飛艇。如美國海軍的MZ-3A飛艇。

h）雙自行車式

雙自行車起落架布局類似于飛機的雙自行車式布局，該布局形式的航向穩(wěn)定性和橫滾穩(wěn)定性都非常高。不過由于接地點數(shù)多，地面系泊時，其偏航適應性非常差，且重量大，不適合小型飛艇。因此，該布局形式主要用于超大型飛艇。目前，僅俄亥俄飛艇公司的Dynalifter概念設計中采用該形式布局。

3 如何選取飛艇起落架布局形式

3.1 布局選取方法

目前對于飛艇起落架布局形式選取方法還沒有形成定性定量的分析，為了制定飛艇起落架布局的選擇原則，根據(jù)之前的8種起落架布局形式的分析，提取七個參數(shù)建立布局選擇的維度：飛艇大小、結構重量、承重緩沖性、航向穩(wěn)定性、航向偏轉適應性、地面操縱性、橫滾穩(wěn)定性。

若以統(tǒng)一權重，對性能優(yōu)劣、重量大小等，定義如下：

3.2 設計時注意事項

飛艇輪式起落架的設計主要借鑒飛機，設計的準則也是如何以最小的重量和尺寸設計出優(yōu)質的起落架。主要的不同之處在于，飛艇的下沉速度和水平速度均比飛機小，同時要求飛艇輪式起落架的上扭力臂可以繞上緩沖支柱自由轉動以使得機輪可以在地面上自由轉動；而飛機起落架相反，為防止起飛滑跑時機輪自由轉動導致飛機偏離跑道，必須鎖死上扭力臂，以防扭力臂繞上緩沖支柱轉動帶動機輪轉動。

一般來說，飛艇起落架約占飛艇正常起飛總重的1%～3%[6]。

4 結束語

現(xiàn)代技術的發(fā)展推動了飛艇研究的發(fā)展，以P-791、LEMV為代表的新型飛艇不斷涌現(xiàn)，起落架的設計方法也在不斷更新，深入研究常規(guī)飛艇的輪式起落架的布局，將進一步推動未來飛艇起落架布局設計的發(fā)展。

【參考文獻】

[1]Khoury G A， Gillett J D. Airship Technology（Second Edition）[M].New York： Cambridge University，2012.

[2]陳芒，杜超.動升力飛艇起落架布局設計.南昌：第五屆中國航空學會青年科技論壇.2012.10.

[3]韋利軍，穆媛，顧文華.某型飛艇起落裝置設計方法探討.科技創(chuàng)新與應用[R]. 2013.

[4]Abbott， P. The British Airship at War， 1914-1918. Lavenham： Terence Dalton Ltd.

[5]Charles R. Luffman. Lighter-than-air（LTA）Aircraft Undercarriages The Authors Experience[J].AIAA 2007-7700.

[6]高澤迥.起飛著陸系統(tǒng)設計.飛機設計手冊（第14 冊）.航空工業(yè)出版社，2002.

[責任編輯：朱麗娜]