直升機(jī)無桿牽引技術(shù)

徐東杉

(中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

直升機(jī)無桿牽引技術(shù)

徐東杉

(中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

飛機(jī)牽引方式分有桿牽引和無桿牽引。近年來，無桿牽引技術(shù)研究、應(yīng)用日趨成熟。詳細(xì)論述了無桿牽引的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，進(jìn)而分析了直升機(jī)牽引采用該技術(shù)的可行性。

無桿牽引；夾持舉升

0 引言

飛機(jī)在地面、艦艇甲板等場所移動需要牽引車牽引或頂推。目前比較普遍的牽引方式分有桿牽引和無桿牽引。很多飛機(jī)都采用有桿牽引方式，但隨著無桿牽引技術(shù)的日趨成熟，越來越多的飛機(jī)(特別是民航飛機(jī))開始使用無桿牽引方式。目前，直升機(jī)普遍采用有桿牽引方式。

1 有桿牽引和無桿牽引的區(qū)別

飛機(jī)牽引方式分有桿牽引(見圖1)和無桿牽引(見圖2)。有桿牽引需要牽引車和牽引桿，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。但存在如下問題：

1) 牽引車與牽引桿配合使用，需要占用較大的空間(主要是飛機(jī)航向)，在某些場合，如艦上極為不便；

2)由于牽引桿連接牽引車和飛機(jī)，牽引桿近似于一剛性二力桿，只承受拉力和壓力，無法傳遞扭矩等，就導(dǎo)致在牽引過程中，飛機(jī)容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象(主要為橫向搖擺)，一旦出現(xiàn)失穩(wěn)，牽引車也無能為力，只能靠飛機(jī)自身的重心來恢復(fù)平衡；

3)需要專人掛、卸牽引桿，加上牽引車司機(jī)，牽引工作需要至少2名地勤人員完成。

無桿牽引有如下優(yōu)勢：

1)占用空間較小，適用于艦上作業(yè)；

2)牽引車與飛機(jī)前起落架通過專業(yè)的夾持舉升機(jī)構(gòu)連接，該機(jī)構(gòu)既能保證牢牢“抱緊”前起落架機(jī)輪，進(jìn)而控制飛機(jī)在牽引過程中的穩(wěn)定性，且能采取一定的阻尼效應(yīng)，緩沖由于地面不平等因素導(dǎo)致的飛機(jī)顛簸；

3)無需專人掛、卸牽引桿，最少只需牽引車司機(jī)1人即可完成牽引作業(yè)。

2 無桿飛機(jī)牽引車

2.1無桿飛機(jī)牽引車概述

無桿飛機(jī)牽引車是一種不需要牽引桿連接即可完成飛機(jī)牽引和頂推的機(jī)場地面保障設(shè)備，僅靠其自身所特有的夾持—舉升裝置，先將飛機(jī)前起落架提升，固定到牽引車上，實(shí)施對飛機(jī)的牽引、頂推作業(yè)。典型的無桿飛機(jī)牽引車見圖3[1]。

無桿飛機(jī)牽引車主要由車身行走系統(tǒng)、夾持舉升機(jī)構(gòu)組成。

2.2無桿飛機(jī)牽引車工作原理

無桿飛機(jī)牽引車的主要工作部件是夾持舉升機(jī)構(gòu)(見圖4)[2]。

當(dāng)要順飛機(jī)航向牽引飛機(jī)時(shí)，牽引車先行抵近飛機(jī)前起落架機(jī)輪前方，將承載斗抵靠在前起落架機(jī)輪下方(只是接觸，不要有應(yīng)力干涉)。通過液壓缸組件操縱后檔板夾持前起落架機(jī)輪后部，機(jī)輪被緩慢擠入承載斗，隨后，承載斗和檔板牢牢地“抱緊”前起落架機(jī)輪。接下來，在中轉(zhuǎn)軸的作用下，提升承載斗離開地面約100mm至150mm。然后，牽引車就能平穩(wěn)地順飛機(jī)航向行駛。

2.3典型的夾持舉升機(jī)構(gòu)

夾持舉升機(jī)構(gòu)是無桿飛機(jī)牽引車的最重要的工作部件，其設(shè)計(jì)合理與否直接關(guān)乎牽引飛機(jī)的效率和安全。目前常用的夾持舉升機(jī)構(gòu)有4種，即回轉(zhuǎn)夾持式、非對稱軌道式、對稱軌道式和軌道彈簧式[3]。

回轉(zhuǎn)夾持式夾持機(jī)構(gòu)如圖5(a)所示，采用左右對稱式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，需夾持時(shí)，夾持機(jī)構(gòu)通過液壓缸B控制折抱臂A向承載斗內(nèi)轉(zhuǎn)，通過折抱臂伸縮液壓缸C收縮完成對飛機(jī)機(jī)輪的夾持。該機(jī)構(gòu)主動件較多，需4組液壓缸實(shí)現(xiàn)功能。

非對稱軌道式夾持機(jī)構(gòu)如圖5(b)所示，A為液壓缸，B是L形折抱臂，折抱臂上設(shè)有2個(gè)滾輪，可在導(dǎo)軌C上的凹槽內(nèi)移動。由于導(dǎo)軌C為L形，當(dāng)夾持機(jī)構(gòu)夾持機(jī)輪時(shí)，液壓缸A開始收縮，帶動折抱臂B先轉(zhuǎn)動后移動，從而完成對飛機(jī)機(jī)輪的夾持。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，僅需1個(gè)原動件就可完成夾持動作，但所需工作空間較大，且為非對稱結(jié)構(gòu)，車身設(shè)計(jì)困難。

對稱軌道式夾持機(jī)構(gòu)，如圖5(c)所示，它與非對稱軌道式夾持機(jī)構(gòu)的區(qū)別在于采用了2個(gè)對稱結(jié)構(gòu)的L形折抱臂。結(jié)構(gòu)對稱，工作空間小，應(yīng)用較多。

軌道彈簧式夾持機(jī)構(gòu)，如圖5(d)所示。液壓缸D控制滑塊B在導(dǎo)軌C上移動，導(dǎo)軌C由直線段和曲線段組成。折抱臂與滑塊通過轉(zhuǎn)動副連接。機(jī)構(gòu)打開過程：液壓缸伸長，推動滑塊移動，當(dāng)滑塊運(yùn)動到導(dǎo)軌的曲線段時(shí)，在彈簧力的作用下折抱臂打開。機(jī)構(gòu)夾緊過程：液壓缸收縮拉動滑塊移動，折抱臂在導(dǎo)軌曲線段的作用下旋轉(zhuǎn)90°。然后隨滑塊繼續(xù)在平直軌道上移動，直到夾緊機(jī)輪。

3 直升機(jī)無桿牽引

目前直升機(jī)普遍采用傳統(tǒng)的有桿牽引方式，主要是因?yàn)橹鄙龣C(jī)的縱向尺寸比起固定翼飛機(jī)來確實(shí)“短”很多。即使是米-26的機(jī)身長度也不過12m(當(dāng)然，算上旋翼，總長也接近40m，但旋翼對直升機(jī)總體縱向慣量影響較小)，而經(jīng)典的支線客機(jī)波音737，其機(jī)身長度則超過28m。因此，在牽引車與直升機(jī)之間連接牽引桿，似乎對直升機(jī)牽引作業(yè)使用空間影響不大。隨著世界各國對海洋權(quán)益和海洋開發(fā)的重視，海上軍事活動和民事活動日益頻繁，艦載直升機(jī)以其性能優(yōu)良、用途廣泛等特點(diǎn)，成為海上活動的重要工具之一。特別是在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，艦載直升機(jī)能夠擔(dān)負(fù)偵察、搜救、運(yùn)輸、反潛、兩棲突擊、空中預(yù)警以及電子戰(zhàn)、水雷戰(zhàn)等多種使命，它的作用更加突出。這時(shí)，無桿牽引壓縮牽引作業(yè)空間，提升牽引靈活度，對于艦載機(jī)則是意義凸顯。艦上不同于地面，據(jù)有關(guān)資料顯示，海浪對艦只的主要載荷為縱搖、橫搖和垂蕩。這樣，直升機(jī)和牽引車之間的牽引桿就自然增加了直升機(jī)在牽引移動過程中的不穩(wěn)定性。同時(shí)，艦上飛機(jī)眾多，各類保障設(shè)備林林總總，為了提高整艦的設(shè)備、工具的使用效率，進(jìn)而提升全艦的戰(zhàn)斗力，艦上配備的保障設(shè)備最好能最大限度地實(shí)現(xiàn)在各裝備之間通用，并最大程度地減少專用、特殊保障設(shè)備的種類和數(shù)量。而直升機(jī)牽引桿顯然是屬于一種專用設(shè)備。

針對直升機(jī)牽引、頂推作業(yè)的特點(diǎn)，直升機(jī)從傳統(tǒng)的有桿牽引向無桿牽引轉(zhuǎn)變，需做好如下理論分析工作：

1) 首先建立牽引車-直升機(jī)系統(tǒng)的力學(xué)平衡模型，牽引車工作時(shí)將飛機(jī)的前起落架背負(fù)起來，使其離開地面，此時(shí)飛機(jī)只有主輪與地面接觸，牽引車和飛機(jī)之間存在一個(gè)鉸接點(diǎn)，為了防止直升機(jī)發(fā)生側(cè)翻等意外，應(yīng)對整個(gè)系統(tǒng)的力學(xué)平衡性做出分析。

2) 需建立直升機(jī)牽引的仿真力學(xué)模型(特別是艦載直升機(jī))，模型中應(yīng)給出直升機(jī)自身總重、牽引車重量、輪胎與地面(甲板)的摩擦系數(shù)、直升機(jī)重心縱橫向允許偏差范圍、直升機(jī)牽引的安全允許速度上限、牽引的安全允許轉(zhuǎn)彎半徑上限等，進(jìn)而計(jì)算出牽引車額定工作功率等重要參數(shù)，從而選用合適的無桿牽引車。下面舉例說明：

如某型直升機(jī)總重Wz為13000kg，牽引車重Wq為1000kg，摩擦系數(shù)ξ為4%，牽引速度上限V為5km/h，牽引車機(jī)械效率η為0.8：

P=F*V/η=(Wz+Wq)*ξ*V/η=

(13000*9.8+1000*9.8)*

0.04*5/(3.6*0.8)≈10kw

因此，考慮功率儲備，可選用15kw以上的輸出額定功率的牽引車。

3) 因?yàn)閵A持-舉升機(jī)構(gòu)要“抱緊”前起落架機(jī)輪，并將其抬離地面，因此可通過該提升力理論推算出夾持-舉升機(jī)構(gòu)的液壓缸系統(tǒng)應(yīng)輸出的液壓作用力的估算值，進(jìn)而為牽引車選配合理的液壓系統(tǒng)提供重要的參考數(shù)據(jù)。

4) 必要時(shí)，還應(yīng)對直升機(jī)、無桿牽引車的剛度特性進(jìn)行分析，規(guī)避在實(shí)際牽引時(shí)牽引車-直升機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)折疊現(xiàn)象而使整個(gè)系統(tǒng)操縱性變差的風(fēng)險(xiǎn)。

5) 夾持-舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)緊急情況釋放裝置。一旦出現(xiàn)直升機(jī)失穩(wěn)的危險(xiǎn)前兆，牽引車控制系統(tǒng)立即做出判斷，采取主動釋放直升機(jī)的措施，讓直升機(jī)恢復(fù)穩(wěn)定。

6) 為保證直升機(jī)按預(yù)定的合適路徑行進(jìn)，牽引車駕駛員在控制牽引速度的同時(shí)，轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)緩慢、小角度?？傊?，以上述理論分析為基礎(chǔ)，建立一套適合特定使用環(huán)境的直升機(jī)牽引操縱規(guī)范。

7) 目前武裝直升機(jī)通常采用“前三點(diǎn)”式起落架布局(見圖6)，該情況下，無桿牽引車應(yīng)牽引尾起落架。鑒于尾起落架輪胎直徑小，且起落架支架與地面有一定斜角，無桿牽引車的夾持-舉升裝置要結(jié)合這一特點(diǎn)做適應(yīng)性調(diào)整。同時(shí)，據(jù)調(diào)查，部隊(duì)對飛機(jī)牽引作業(yè)的主要要求是牽引車的動力強(qiáng)勁，通過性好，操作方便。因此，可適當(dāng)增強(qiáng)牽引車的動力，車架采用可調(diào)節(jié)高度的懸掛構(gòu)造，擴(kuò)展夾持-舉升裝置“抱緊”機(jī)輪的尺寸?？傊瑸橹鄙龣C(jī)設(shè)計(jì)的無桿牽引車一定要結(jié)合部隊(duì)使用實(shí)際，在現(xiàn)有成熟的技術(shù)基礎(chǔ)上盡量拓展其應(yīng)用范圍。

4 結(jié) 論

本文論述了飛機(jī)無桿牽引方式的優(yōu)點(diǎn)，并分析了直升機(jī)采用無桿牽引方式的必要性和可行性，對直升機(jī)采用無桿牽引需要開展的各項(xiàng)研究給出了一些建議。

[1] 張積洪．基于Pro/Engineer的飛機(jī)牽引車夾持機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2008(4)：46-49．

[2] 許致華，焦永濤，洪振宇．新型無桿飛機(jī)牽引車夾持機(jī)構(gòu)[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2012(1)：76-80．

[3] 洪振宇，許致華．無桿飛機(jī)牽引車機(jī)輪夾持舉升機(jī)構(gòu)[D]．中國民航大學(xué)航空自動化學(xué)院，2012(4)：13-15.

HelicopterTowingModewithnoPole

XU Dongshan

(China Helicopter Research and Development Institute,Jingdezhen 333001 ,China)

Airplane has two towing mode : One is to tow the airplane in virtue of one towing pole between the towing tractor and the airplane ,Another is to tow the airplane only in virtue of the towing tractor .This years,the technical of towing airplane with no pole is more and more mature .This article particularly discussed the characteristic of the technical ,and so on to suppose the feasibility of the technical to be applied on helicopter.

towing with no pole ;nipping and elevating

2016-10-25

徐東杉(1979-)，男，新疆烏魯木齊人，本科，高工，從事無人直升機(jī)綜合保障設(shè)備研究。

1673-1220(2017)03-065-03

V351.34

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