大型民用飛機起落架的發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢

楊海天

摘 要：起落架是現(xiàn)今飛機上最重要的部分之一，因此，起落架的優(yōu)劣直接關(guān)系到飛機的使用與安全。本文通過分析大型民用飛機起落架的發(fā)展現(xiàn)狀，了解了我國大型民用飛機起落架技術(shù)與國外先進技術(shù)的差距，對我國大型民用飛機的未來發(fā)展趨勢提出了一些理解與建議。

關(guān)鍵詞：大型民用飛機；起落架；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TG1421 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0074-02

起落架是現(xiàn)今飛機上不可或缺的一個部分，是飛機起降滑行時支持機身和承受載荷的重要裝置。飛機在著陸時，起落架會吸收絕大部分沖擊，從而保障飛機的安全著陸。因此，起落架的優(yōu)劣直接關(guān)系到飛機的使用與安全。而大型民用飛機相比于普通飛機起飛著陸質(zhì)量十分巨大，工作環(huán)境更復(fù)雜，重要技術(shù)更繁多，這使得對起落架性能的考驗更為嚴峻。著眼于大型民用飛機，大眾和企業(yè)對大型民用飛機安全性和舒適度的要求愈發(fā)提高，起落架設(shè)計和制造的發(fā)展也變得尤為重要。

1 起落架當前發(fā)展情況

1.1 結(jié)構(gòu)

隨著近代技術(shù)的發(fā)展，飛機飛行速度不斷提高，空氣阻力也隨之增大。為減小空氣阻力，人們便設(shè)計出了可收放的起落架。盡管可收放的起落架加大了飛機的重量，但從整體來說這大大促進了飛機飛行技術(shù)的提升。起落架收放結(jié)構(gòu)的設(shè)置根據(jù)飛機總體布局的不同，有著各種不同的起落架收置方法。對于大型民用飛機來說，巨大的著陸質(zhì)量使得跑道對飛機的支撐問題變得棘手。當前，大型民用飛機的起落架多采用多輪多支柱的布局形式。比如常見的波音747飛機的起落架，就由4個主起落架和一個雙輪支柱式前起落架組成。這種多輪多支柱的布局可將地面載荷分散，再傳遞到機體。該布局的緩沖系統(tǒng)相互連通，并能夠以一定的控制形式調(diào)節(jié)各個起落架的載荷大小，從而并降低了飛機著陸對跑道強度的要求。

另一方面，相較于波音747噸位稍小一些的民用飛機，例如波音777，采用的是普通三點式結(jié)構(gòu)布局。該布局下，起落架支柱尺寸很大，主起落架為單支柱小車式多輪起落架?，F(xiàn)役飛機中最大的起落架就是波音777的主起落架，其長度達到3m以上。

總的來說，當前起落架結(jié)構(gòu)的特點可總結(jié)為：結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜，且尺寸超大。

1.2 緩沖系統(tǒng)

緩沖系統(tǒng)設(shè)計是起落架設(shè)計最核心的部分之一。考慮到大型民用飛機的巨大重量，以及內(nèi)部乘客舒適度的要求，需要更加嚴格的控制起落架各個運行狀態(tài)下的載荷。因而緩沖系統(tǒng)設(shè)計中的研究重點為提高和優(yōu)化緩沖性能。同時，也需要研究和掌握地面載荷確定技術(shù)，從而更好的分配載荷。

1.3 材料

考慮到起落架所需要承載的巨大荷載，起落架材料應(yīng)具有高強度、高剛性和高韌性的特點。目前，世界上大多數(shù)飛機起落架，采用的是超高強度鋼來進行制造，例如法國的35NCD16，美國的300M鋼等。

當前所有起落架所用的超強度鋼中，強度水平最高、聲譽最佳的為美國的300M鋼。該鋼為美國國際鎳公司于20世紀50年代初發(fā)展起來的。用其制造起落架不但結(jié)構(gòu)尺寸較小，而且可以擁有與壽命長達數(shù)萬小時的民用飛機機體同樣長的使用壽命。該材料擁有強度高、韌性好、抗疲勞性優(yōu)良、橫向塑性高等諸多優(yōu)點，目前已成為美國飛機起落架最廣泛使用的材料。

無疑，300M鋼起落架經(jīng)過幾十年的發(fā)展，零件加工技術(shù)已較為成熟，但針對大型飛機起落架零件規(guī)格超大的實際情況，依然還有一些關(guān)鍵技術(shù)的問題需要解決。這些問題主要表現(xiàn)在大規(guī)格的鍛造技術(shù)上。因此，目前300M鋼的研究方向主要為如何在節(jié)約成本的前提下，保質(zhì)保量的完成起落架大型零件的鍛造。

1.4 經(jīng)濟性

大型民用飛機造價高昂，因此必須在保障安全舒適的前提下，兼顧經(jīng)濟性。目前，在進行大型民機起落架設(shè)計時，一般從降低維護的費用以及采用先進設(shè)計手段等方面提高飛機的經(jīng)濟性。

當前降低飛機的維護費用有兩個主要方向，一是改進維修性設(shè)計，另一方面是改進保障性設(shè)計。起落架的全周期使用維修費用，在大型民用飛機的日常維護中占到不可忽視的比重，直接影響該機型在市場上的競爭力。近年來，維修技術(shù)的發(fā)展方向主要為著重于可持續(xù)發(fā)展的綠色維修和強調(diào)無維修工作期設(shè)計的維修技術(shù)。保障性技術(shù)的研究發(fā)展方向則是飛機結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)控和綜合檢測判斷。

1.5 環(huán)境保護

大型民用飛機的環(huán)境保護主要體現(xiàn)在降噪處理上?？紤]到民用機場的噪聲等級限制，近幾年各國對于機場噪聲的控制越來越重視。對于大型民用飛機來說，在飛機引擎未打開前，起落架系統(tǒng)造成的噪聲可以占到總噪聲比重的25%左右。當前，降低噪聲的研究方向很多，如調(diào)整起落架外形使其更符合流線型，為噪聲較大的管道裝上罩殼之類的方法。我國目前在起落架降噪方面，尚處于研究初期，待突破的技術(shù)關(guān)鍵較多，如起落架結(jié)構(gòu)細節(jié)的降噪處理以及起落架結(jié)構(gòu)外形對噪聲的影響控制等技術(shù)問題。

2 國內(nèi)外技術(shù)差距

如前文所述，當前國外大型民用飛機多采用多輪多支柱起落架，但我國采用多輪多支柱起落架的大型民機還寥寥無幾，我國的多輪多支柱起落架技術(shù)還處于發(fā)展探索的階段。且各國對于多輪多支柱起落架的研究程度各不相同，并不能給我國研究部門一個可供參考的路線，我國仍需在結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)等方面的關(guān)鍵技術(shù)做出突破。

我國裝備制造業(yè)快速發(fā)展，但關(guān)鍵構(gòu)件的壽命短，可靠性差且重量大。這也是制約我國大型民用飛機起落架發(fā)展的主要問題。材料是我國飛機起落架技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵一步，有了良好的制造材料也就奠定了大型民用飛機起落架發(fā)展的基礎(chǔ)。當前國外先進民用飛機的起落架設(shè)計使用壽命平均在6萬次起落，而我國多數(shù)民用起落架設(shè)計使用壽命在3萬次左右，與國外還有較大差距。造成這種情況的原因主要就是材料和生產(chǎn)技術(shù)上的不足。近幾年隨著我國對于300M鋼的仿制工藝逐漸提升，我國的起落架壽命也在逐漸延長。

由于二戰(zhàn)后我國飛機研制的滯后，設(shè)計研發(fā)能力也有所缺陷，這也難以滿足發(fā)展飛機起落架的要求?？傮w看來，比起在航空方面不斷發(fā)展的國家，我國在起落架技術(shù)上差距還存在于以下幾個方面。

（1）我國對于起落架的研制力量不夠集中，專業(yè)化程度不夠。

（2）部件的疲勞，壽命不足，起落架部件的材料和生產(chǎn)工藝不足。

（3）技術(shù)儲存不足，數(shù)據(jù)庫不豐富，對高技術(shù)研究了解較少，產(chǎn)品研制周期長。

（4）我國產(chǎn)業(yè)界過分尋求見效快而不注重質(zhì)量，過分依賴引進技術(shù)，缺乏創(chuàng)新。這使得我國的起落架技術(shù)始終落后于人。

3 發(fā)展趨勢

從前文敘述可以看出，我國目前和國外大型民用飛機起落架的制造差距主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)布局，材料，生產(chǎn)工藝以及經(jīng)驗儲備上。

首先從結(jié)構(gòu)布局設(shè)計上看，目前我國相關(guān)設(shè)計規(guī)范十分不完善，應(yīng)優(yōu)先考慮完善相關(guān)設(shè)計規(guī)范。唯有規(guī)范完善了，方能使該方向的設(shè)計行業(yè)走上健全完善的，受嚴格監(jiān)管的發(fā)展道路。另一方面，材料和生產(chǎn)工藝則主要從學(xué)習(xí)國外技術(shù)，改善材料性能以及改進整體鍛件加工能力上著手。

近年來，我國熱處理廠數(shù)量猛增，熱處理產(chǎn)業(yè)界呈現(xiàn)一片繁華的景象。然而，大部分熱處理廠的技術(shù)力量薄弱，設(shè)備落后，產(chǎn)品不能滿足市場需求。同時，市場的惡性競爭更加加重了粗制濫造的情況，這使得國內(nèi)熱處理廠根本無法滿足航空工業(yè)起落架制造的要求，嚴重影響了我國起落架的發(fā)展。我國應(yīng)給高端裝備制造業(yè)給予足夠的重視，提供更加良好的管理與制度。促進大型民用飛機起落架制造業(yè)達到真正質(zhì)的改變。

現(xiàn)階段，我國對于大型民用飛機起落架的研發(fā)存在著過分引進和依賴國外技術(shù)的情況，且我國尚無大型民用機起落架自主設(shè)計的相關(guān)經(jīng)驗。針對大型民用機起落架設(shè)計技術(shù)需考慮的特點，我國應(yīng)采取引進與自主創(chuàng)新并重的發(fā)展思路，做到突破大型民用機起落架各個關(guān)鍵技術(shù)，從而提高我國大型民用飛機落架的設(shè)計能力，最終形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計技術(shù)。

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