起落架设计

起落架作为飞行器机体的一部分，当然应该满足飞行器结构设计的一般要求，即在保证起落架结构的强度、刚度和一定寿命的前提下质量最轻；使用维护方便，易于检查、修理和更换；还应满足空气动力和工艺性、经济性等要求。起落架处于复杂的疲劳载荷作用下，就其设计准则而言与飞行器的其他结构有所不同，目前一般按安全寿命(即疲劳寿命)原理设计，而不按损伤容限原理设计。其主要原因是起落架构件因载荷大而多采用高强或超高强材料，其临界裂纹长度小，裂纹从可检出到断裂之间的扩展寿命短，而且在有些部位裂纹的检查还比较困难。在过去，起落架寿命一般比飞行器机体结构的寿命短很多，因此，需定期更换。但现在国外都要求并已实现了起落架与机体结构同寿，国内也已基本达到这一要求。除这些一般要求之外，起落架还应满足以下各项与其自身功能相关的要求。

起落架应保证飞行器在地面运动时有良好的稳定性、可操纵性和适应性。稳定性是指飞行器高速滑跑时不易偏向、滚翻、侧翻或“在地面打转”，不产生不稳定的前轮摆振；可操纵性是指飞行器在地面滑行转弯灵活，转弯半径要小；适应性是指在不同质量的跑道上，或侧风等情况下着陆时，飞行器仍有良好的稳定性和可操纵性。可以通过对起落架参数、布局、减震和刹车系统性能的筛选，来满足飞行器地面运动的要求。

起落架应能很好的吸收飞行器着陆时一定量的垂直与水平动能和正常的撞击载荷，以减小着陆及高速滑跑时所产生的撞击过载，并且能够很快耗散撞击动能，使飞行器在撞击后的跳跃很快衰减，趋于平稳，起到减震作用。这样既能减小了撞击对飞行器机体的作用载荷，又提高了乘员的舒适感。

起落架应有良好的刹车性能，以减小着陆滑跑距离，缩短所需跑道的长度。同时，应有足够的刹车力保证飞行器在起飞滑跑前加大推力时能刹住飞行器。刹车装置必须有效可靠，最大允许刹车力与跑道表面粗糙度有关，两者应匹配。

起落架应具有良好的漂浮性。轮胎的充气压力和起落架的构型应当与预定使用跑道的承载能力相适应，保证飞行器在预定的跑道上顺利起降。

起落架与飞行器机体结构的连接应合理可靠，又便于在飞行时能紧凑地收入机体内，以减小飞行阻力，提高飞行器的飞行性能。因而起落架应有较小的体积和可靠的收放机构、联锁机构、定向机构、信号指示装置和前轮纠偏机构。起落架的收放时间应尽可能短(不大于10～20 s)。

起落架常常在温度、湿度、振动、尘土、盐雾等某些特定环境中使用，设计时要注意密封，以防止污物进入减震器或轮轴的内腔，还应合理布置起落架的附件，避免轮胎抛起的外物损坏外露的机构、电缆和液压导管等，以保护起落架舱的安全。

可见，起落架设计除了起落架本身的结构设计外，还包括了飞行器结构、机构和多种系统的设计，同时应该对制造技术、动态测试技术、信息化处理技术、材料品种与特性(起落架涉及的材料非常广泛，有气体、液体和固体，金属、非金属和复合材料，高强度合金钢和弹性元件等)以及机场跑道的设计等有较深入的掌握或了解。因此，与飞行器其他部件设计相比，起落架的设计包含更多的工程专业，是一门跨学科的综合技术。还须注意到，起落架的设计要求、设计技术和材料均在发展变化之中，起落架的设计将变得日益复杂；但同时也促进了与起落架有关的科学技术的迅速发展。

起落架是一种起飞着陆装置，它保证飞机滑跑、起飞、着陆、着陆后滑跑以及在机场上机动滑行。这时，起落架承受作用于飞机上的各种载荷，并在着陆滑跑中将其大部分动能散逸掉。

起落架形式是指支点数目及其相对于飞机重心的位置特征。目前，飞机上采用的起落架有4种形式：后三点式起落架、前三点式起落架、机翼下带支点的自行车式起落架及多支点式起落架。

后三点式起落架一直被广泛应用到20世纪40年代中期。这种起落架的主支点安排在飞机重心之前，后支点放在重心后面。这种布局有以下缺点：

(1)必须限制飞机着陆速度。旅客机80～120 km/h；歼击机和轰炸机130～150 km/h；农业飞机60～90 km/h。这些速度不能再提高了。随着飞机着陆速度的增大，飞行员保持飞机着陆运动轨迹就更加困难了。着陆瞬时飘飞高度增大，而且在拉平和平飞阶段，当飞机速度超过着陆速度时，主支点有可能过早碰触跑道。此时，在支点上产生的迎面力相对飞机重心形成上仰力矩，飞机便绕主支点向后翻转(倒立)。若迎面力的力矩未达到使飞机倒立的程度，则飞机在重量力矩的作用下，尾部开始下沉并转为大迎角状态。由于飞机速度大于着陆速度，机翼上的升力也就大于飞机重量，飞机即飘飞到某一高度，此后由于失逮而从这一高度飘落下来。这样一种飞机动作被称为“跳跃”。如果“跳跃”现象出现在飞机速度显著大于着陆速度的情况下，则飘飞高度可能很大。在这种情况下，飞机由此高度飘落便会造成事故。

因此，后三点式起落架的飞机不允许在速度超过着陆速度时使主轮碰触跑道。这种飞机只有在飞行速度等于着陆速度、三个支点同时接触跑道的前提下，才能保证正常着陆。为了保证正常着陆条件，故将着陆速度限制在上述不太大的数值范围内。

(2)后三点式起落架的飞机，起飞滑跑和着陆滑跑不稳定。在起飞滑跑中，飞机重量与机翼和平尾的升力之差由主支点承受，飞机相对于该支点保持平衡。在这一运动过程中，各种形式的扰动(侧风、地形凸凹不平等)会使飞机绕轴线转动卢角。这时在支点上形成的摩擦力相对飞机重心产生的力矩会使飞机偏转更大的角度。

后三点式起落架的飞机稳定性差，这是导致飞机着陆速度低和这种起落架的应用受到限制的原因之一。

装后三点式起落架的飞机在滑行转弯时，后支柱必须松开锁，使它能自由偏转，否则飞机转弯时，后支柱上会产生转弯阻力，导致机轮损坏，从轮箍上剥落下来。

(3)在后三点式起落架的飞机上不能采用喷气发动机(起飞滑跑受阻)。因为，在速度未得到平尾起作用之前，驾驶员无法控制飞机的俯仰，使它相对于主支柱保持平衡状态，于是，飞机便有向前倾覆的可能性。

因此，后三点式起落架只能用于装螺旋桨发动机或涡轮螺旋桨发动机的飞机。在这种飞机上，螺旋桨形成的气流吹过水平尾翼，从而产生平衡和操纵飞机所需的力矩。

对于装前三点式起落架的飞机，主支点先接触跑道并不会引起不良后果。这时主支点上产生迎面力，在该力作用下，机头下沉，飞机各支点全部受力。在这一运动过程中，迎角和机翼上的升力减小。如果支柱上的减震器能有效地吸收飞机能量，则飞机就不会脱离跑道。

因此，前三点式起落架的飞机可以大大提高着陆速度，不只是军用飞机，就连在混凝土跑道上使用的旅客机，其着陆速度也能达到240～280 km/h，甚至更大。

驾驶这种飞机在着陆滑跑时，由于着陆速度的增大，可能出现驾驶错误，但并无危险。

大的着陆速度导致起落架上的载荷增大，起落架的重量也就随之增大。但这是合算的，因为这样可以显著提高机翼的单位面积载荷，减小机翼面积并相应增大飞行速度。

在装自行车式起落架的飞机上，前支点布置在飞机重心之前，因此与装前三点式起落架相仿，可以大速度着陆，在起飞滑跑和着陆滑跑时具有方向稳定性。

是否采用机翼下带辅助支点的自行车式起落架主要取决于飞机总体布局。由于在飞机重心区需要安排一个大容积的机舱，这就大大地加长了主支点离重心的距离。这时主支点上承受的载荷达到飞机重量的55%。采用自行车式起落架会出现以下几个缺点：

(1)在起飞滑跑时，要求较高的驾驶技术。在飞机达到起飞速度时，由于这时水平尾翼尚未达到必要的效率，在主支柱距离重心较远的情况下，无法保证飞机对重心的俯仰平衡，因此只好利用专门机构以“伸长”前支柱(增加其高度)或“缩短”后支柱(减小其高度)的办法来保证飞机的起飞迎角。

(2)偏航时由于前轮摩擦力对重心构成不稳定力矩，前支柱上的机轮刹车力被限制在主轮刹车力的60%～70%，因而加长了飞机着陆滑跑距离。

(3)由于在中央舱区域和起落架固定处需要装设加强框和加强梁等，机身重量增加了15%～20%。

(4)自行车式起落架虽然不高，但由于安装了大功率转弯操纵机构和在机翼下面安装了支柱，其重量要比前三点式起落架大。

(5)在收上位置，翼下支柱通常凸出在机翼外面，需要安装整流罩，因此增加了飞机迎面阻力。

由于上述缺点，自行车式起落架未获得广泛应用。

由于大起飞重量飞机的出现，导致了采用多支点式起落架。这种起落架形式可以减轻每个支点上承受的载荷，从而保证使用时不损坏混凝土路面。多支点式起落架用于起飞重量206 t的前苏联伊尔-86飞机以及起飞重量350 t的美国波音-747F和C-5A飞机上。