某型號(hào)起落架撐桿穩(wěn)定性分析

李 薇，郭 輝，韓持剛，于新鵬

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司，陜西 漢中 723200)

撐桿作為主起落架的一個(gè)關(guān)鍵組件，與機(jī)身連接，承擔(dān)著主起落架部分沖擊載荷，起著主起支柱與機(jī)身間載荷傳遞，約束支柱外筒相對(duì)機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。起落架放下時(shí)，撐桿展開(kāi)并上鎖將主起支柱鎖定在放下位置，從而使其能夠承受航向和垂向載荷；主起支柱收上時(shí)，撐桿在主起撐桿作動(dòng)筒(以下簡(jiǎn)稱撐桿作動(dòng)筒)的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)鎖后折疊，與主起支柱協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，一同收入主起落架艙內(nèi)。其穩(wěn)定性對(duì)主起落架的收上、放下過(guò)程起著關(guān)鍵作用，并直接影響著飛機(jī)的起飛、著陸安全。因此，找到影響撐桿穩(wěn)定性的因素并進(jìn)行控制，對(duì)飛機(jī)的安全性能至關(guān)重要[1-2]。

1 撐桿的工作機(jī)理

1.1 撐桿的結(jié)構(gòu)組成

撐桿主要由上撐桿組件、下?lián)螚U組件、連桿、搖臂、撐桿作動(dòng)筒、接頭、鉸接螺栓和螺母等零件組成(見(jiàn)圖1和圖2)，成對(duì)安裝在飛機(jī)主起支柱上。組成撐桿的零組件基本一致，僅個(gè)別零件因結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱有所區(qū)分。

圖1 上鎖狀態(tài)

圖2 開(kāi)鎖狀態(tài)

上撐桿一端雙耳片與安裝在機(jī)身上的接頭鉸接，另一端雙耳片與下?lián)螚U鉸接，中部設(shè)有與搖臂連接的孔及安裝地面安全銷的通孔。下?lián)螚U未與上撐桿連接的一端單耳片與主支柱上的接頭鉸接。鉸接的上、下?lián)螚U設(shè)有向上的偏心距e1=(6.2±0.3) mm，連桿和搖臂設(shè)有向下的偏心距e2=(7±0.5) mm，偏心距可通過(guò)調(diào)整連桿的長(zhǎng)度及調(diào)節(jié)片的厚度保證。

1.2 撐桿的工作原理

1.2.1 放下主起落架時(shí)撐桿的上鎖及展開(kāi)原理

飛機(jī)主起落架放下過(guò)程中，在放下作用力的驅(qū)動(dòng)下，上、下?lián)螚U展開(kāi)，當(dāng)連桿和搖臂鉸接點(diǎn)的偏心距e2變?yōu)?時(shí)，上、下?lián)螚U的展開(kāi)受到限制，此時(shí)一直作用在搖臂上的撐桿作動(dòng)筒的彈簧力會(huì)使搖臂產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)到與上撐桿止動(dòng)時(shí)，偏心距e1、e2最終形成，撐桿鎖上鎖(見(jiàn)圖1)，將主支柱鎖定在放下位置。

1.2.2 收起主起落架時(shí)撐桿的開(kāi)鎖及折疊原理

飛機(jī)收起主起落架時(shí)，撐桿作動(dòng)筒在液壓力的作用下回縮，帶動(dòng)搖臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使e2值減??；當(dāng)e2值減小至0并開(kāi)始變?yōu)樨?fù)值時(shí)，撐桿鎖實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖(見(jiàn)圖2)，并在主起支柱收上的作用力驅(qū)動(dòng)下向上折疊，與主起支柱協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，一起收入起落架艙內(nèi)。

2 撐桿偏心距的調(diào)整

2.1 傳統(tǒng)偏心距調(diào)整方式

傳統(tǒng)撐桿調(diào)整方式，主要借助工藝裝備(專用檢測(cè)裝置、專用裝配夾具、工藝銷軸以及專用工藝連桿)將以上零組件在平臺(tái)上按設(shè)計(jì)圖樣組裝起來(lái)(組件鉸接原理如圖3所示)，通過(guò)高度尺和塊規(guī)進(jìn)行尺寸檢測(cè)分析。在偏心距調(diào)整過(guò)程中，需頻繁調(diào)節(jié)連桿中心距及墊片厚度，保證設(shè)計(jì)要求的偏心距e1=(6.2±0.3) mm和e2=(7±0.5) mm。傳統(tǒng)方法調(diào)整繁瑣，調(diào)整耗時(shí)長(zhǎng)且效率較低。

圖3 組件鉸接原理示意圖

2.2 基于CATIA軟件尺寸驅(qū)動(dòng)的偏心距調(diào)整

在CAITA軟件零件設(shè)計(jì)模塊中，按零組件關(guān)聯(lián)的孔心距名義尺寸及相關(guān)角度構(gòu)建裝配關(guān)系(見(jiàn)圖3)，通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)獲得e1、e2值?？蓪⒒w尺寸選為變量，每次遞增0.01 mm，分別對(duì)e1、e2進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)和擬合線圖(見(jiàn)圖4)可知：任一零件基本尺寸變化與偏心距大小變化呈線性比例。搖臂組件上的尺寸(110±0.05) mm變化、連桿上的尺寸84.5～85.5 mm的變化與e1、e2的變化比例相同，均為1∶0.2∶6的比例關(guān)系，對(duì)偏心距值的影響也最明顯；上撐桿組件上的尺寸(40±0.05) mm變化和下?lián)螚U組件上的尺寸(55.1±0.05) mm變化對(duì)偏心距值的影響偏?。槐?中e1與e2值的變化均為反比，即e1越大，e2越小。

表1 基本尺寸對(duì)偏心距的影響

(續(xù)表)

a)偏心距e1

b)偏心距e2

在設(shè)定e1、e2值的大小時(shí)，同樣采用尺寸驅(qū)動(dòng)求解法，求解連桿中心距大小。此時(shí)，角度57.17°為封閉環(huán)，其余尺寸鏈約束不變，同時(shí)改變e1和e2，通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)可測(cè)量出連桿中心距與角度新值(見(jiàn)表2)。

表2 偏心距對(duì)連桿中心距、角度57.17°的影響

通過(guò)上述分析可知，更換搖臂組件和連桿可快速調(diào)節(jié)出撐桿所需偏心距，并且變化比例接近1∶0.2∶6，而更換上、下?lián)螚U調(diào)節(jié)撐桿偏心距效果不佳。值得注意的是：搖臂組件的中心距公差只有0.1 mm，調(diào)節(jié)范圍小，而連桿的公差為1 mm，調(diào)節(jié)范圍大，因此連桿調(diào)節(jié)偏心距是偏心距調(diào)整最快捷且裝配效率最高的工藝方法。

3 撐桿在承壓試驗(yàn)中的穩(wěn)定性分析

3.1 撐桿承壓試驗(yàn)

可折撐桿及撐桿鎖設(shè)有微小偏心距，以保證受載時(shí)穩(wěn)定可靠，不因受載變形而開(kāi)鎖。若偏心距值過(guò)小，撐桿受壓時(shí)會(huì)因變形或安裝誤差使偏心距值小于零而開(kāi)鎖；若偏心距值過(guò)大，則會(huì)引起較大的附加載荷。在起落架放下時(shí)，撐桿展開(kāi)并上鎖將主起支柱鎖定在放下位置，從而使主支柱能夠承受航向和垂向載荷。撐桿連接簡(jiǎn)圖如圖5所示。

3.2 撐桿承壓試驗(yàn)穩(wěn)定性分析

撐桿的主要承力件中除撐桿作動(dòng)筒為彈性組件外，其他均為剛性零件。在承受壓載荷時(shí)，偏心距e1是依靠偏心距e2進(jìn)行支撐，而e2是依靠撐桿作動(dòng)筒鎖定的，因此需要考慮撐桿作動(dòng)筒裝配后對(duì)e2的支撐力[3-5]。

撐桿作動(dòng)筒支撐力：

F彈=KX

(1)

式中，K是彈性系數(shù)；X是彈簧壓縮長(zhǎng)度。

圖5 撐桿連接簡(jiǎn)圖

通過(guò)式1可知，在彈簧選定后，彈簧的壓縮量是決定作動(dòng)筒支撐力的關(guān)鍵因素。在保證撐桿偏心距e1、e2在(6.2±0.3) mm、(7±0.5) mm范圍內(nèi)進(jìn)行承壓試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品穩(wěn)定性。將撐桿放置在曲線機(jī)上，保持上撐桿與壓力機(jī)連接部位不動(dòng)的情況下，通過(guò)壓力機(jī)油缸上升產(chǎn)生壓縮載荷，同時(shí)將百分表端頭放置在上、下?lián)螚U聯(lián)接螺栓部位，檢測(cè)在載荷達(dá)到206 kN的過(guò)程中，e1變化量≤0.7 mm[6-10]?，F(xiàn)將撐桿的穩(wěn)定性轉(zhuǎn)化為在承壓試驗(yàn)中偏心距e1的變化量，可調(diào)整作動(dòng)筒的壓縮量>1 mm時(shí)觀察其對(duì)撐桿穩(wěn)定性的影響，檢測(cè)偏心距e1變化量(見(jiàn)表3)。

表3 作動(dòng)筒壓縮量在承壓試驗(yàn)中的影響

上述4種工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)的線性回歸分析如圖6所示。由圖6可知：P=0.279>0.05，線性關(guān)系不明顯，即在保證作動(dòng)筒彈簧存在壓縮量的情況下，調(diào)整壓縮量的大小對(duì)e1偏心距變化量沒(méi)有決定性影響，但撐桿作動(dòng)筒在較小或無(wú)壓縮量進(jìn)行裝配時(shí)對(duì)撐桿穩(wěn)定性影響較大。

3.3 鉸接點(diǎn)位配合間隙對(duì)撐桿穩(wěn)定性的影響

在給定零件材料、幾何形狀的情況下，組件的裝配間隙也是影響偏心距變化量的重要因素。為此，進(jìn)行了4組工藝試驗(yàn)，通過(guò)改變4個(gè)關(guān)鍵鉸接點(diǎn)(見(jiàn)圖3)聯(lián)接螺栓的外徑值，分析e1偏心距變化量。用于試驗(yàn)的螺栓編號(hào)為A1、B1、C1、D1，按不同直徑分為8組(共32項(xiàng))，其直徑尺寸及組別詳見(jiàn)表4。

圖6 作動(dòng)筒彈簧壓縮量與e1變化量的線性回歸分析

表4 直徑尺寸及組別

試驗(yàn)前，通過(guò)調(diào)整止動(dòng)墊圈厚度或連桿尺寸，使偏心距滿足e1=(6.2±0.3) mm、e2=(7.0±0.5) mm，確保4處鉸接點(diǎn)位零件內(nèi)孔尺寸一致。任意選取表4中8組不同鉸接間隙的螺栓進(jìn)行承壓試驗(yàn)，其線性載荷F下的偏心距變化量Δe1見(jiàn)表5。表5中，Δe1為正表示百分表是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心距增大；反之偏心距減小。

表5 8組不同鉸接間隙撐桿承壓試驗(yàn)結(jié)果

(續(xù)表)

8組載荷F與偏心距變化量Δe1一元回歸分析如圖7所示。由圖7可知：P<0.05回歸方程顯著，偏心距變化量Δe1對(duì)載荷F的影響占9.64%，鉸接零件配合間隙對(duì)撐桿穩(wěn)定性的影響較為顯著，撐桿在受到相同載荷時(shí)，間隙越小，撐桿的穩(wěn)定性就越高。

圖7 F-Δe1一元線性擬合圖與回歸方程

4 結(jié)語(yǔ)

撐桿穩(wěn)定性由2項(xiàng)指標(biāo)決定：第1項(xiàng)指標(biāo)為依靠上、下?lián)螚U及連桿、搖臂建立起的偏心距e1、e2；第2項(xiàng)為撐桿在承載(停機(jī)時(shí)承受飛機(jī)載荷)時(shí)偏心距e1的穩(wěn)定性指標(biāo)。通過(guò)機(jī)構(gòu)工作原理、穩(wěn)定性試驗(yàn)分析可知，采用尺寸驅(qū)動(dòng)計(jì)算偏心距e1、e2可提高偏心距調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和高效性。雖然在給定零件材料、幾何形狀，保證作動(dòng)筒彈簧壓縮量>1 mm的工況下，調(diào)整壓縮量數(shù)值，偏心距變化量無(wú)明顯變化，但是在實(shí)際裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，撐桿作動(dòng)筒在較小或零壓縮量的狀態(tài)下，對(duì)撐桿穩(wěn)定性影響很大。同時(shí)，零件間隙對(duì)承壓穩(wěn)定性影響較為顯著，間隙量越小，撐桿穩(wěn)定性就越高。