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不是梅西,是梅西埃!探寻起落架的制造秘密

 昵称16788185 2016-07-27


起落架是航空器下部用于起飞降落或地面(或水面)滑行时支撑航空器并用于地面(或水面)移动的附件装置。起落架是唯一一种支撑整架飞机的部件,因此它是飞机不可分缺的一部份。

   



今日我将给大家讲讲关于起落架的那些秘密。


为何要有起落架


起落架是地面停放、起飞滑跑用于支持飞机质量、承受相应载荷、吸收和消耗着陆撞击能量的飞机着陆装置。它的主要任务是:

1、承受、吸收和消耗飞机在着陆和滑跑时的撞击和颠簸的能量。

2、完成飞机的停放、起飞、滑行、着陆时在地面的运行任务。

3、在滑跑和滑行时进行制动,并能滑跑和滑行时控制飞机。

4、保证飞机在滑行、起飞和着陆时的安全及良好的操作稳定性。

 

起落架的结构



  

减震器:飞机在着陆接地瞬间或在不平的跑道上高速滑跑时,与地面发生剧烈的撞击,除充气轮胎可起小部分缓冲作用外,大部分撞击能量要靠减震器吸收。


收放系统:收放系统一般以液压作为正常收放动力源,电力作为备用动力源。



 起落架收放系统

  

机轮和刹车系统:机轮的主要作用是在地面支持飞机的重量,减少飞机地面运动的阻力,吸收飞机着陆和地面运动时的一部分撞击动能。主起落架上装有刹车装置,可用来缩短飞机着陆的滑跑距离,并使飞机在地面上具有良好的机动性。

 


刹车组件

  

转弯系统:操纵飞机在地面转弯有两种方式,一种是通过主轮单刹车或调整左右发动机的推力(拉力)使飞机转弯;而另一种方式是通过前轮转弯机构操纵前轮偏转使飞机转弯。

  

01

起落架布置设计


前三点式起落架:飞机上使用最多的是前三点式起落架,前轮在机头下面远离飞机重心处,可避免飞机刹车时出现“拿大顶”的危险。两个主轮左右对称地布置在重心稍后处,左右主轮有一定距离可保证飞机在地面滑行时不致倾倒。飞机在地面滑行和停放时,机身地板基本处于水平位置,便于旅客登机和货物装卸。



这种布置的优点:着陆简单,安全可靠;具有良好的方向稳定性,侧风着陆时较安全。地面滑行时,操纵转弯较灵活;无倒立危险,因而允许强烈制动,因此,可以减小着陆后的滑跑距离;因在停机、起、落滑跑时,飞机机身处于水平或接近水平的状态,因而向下的视界较好,同时喷气式飞机上的发动机排出的燃气不会直接喷向跑道,因而对跑道的影响较小。


缺点:前起落架的安排较困难,尤其是对单发动机的飞机,机身前部剩余的空间很小;前起落架承受的载荷大、尺寸大、构造复杂,因而质量大; 前轮会产生摆振现象,因此需要有防止摆震的设备和措施,这又增加了前轮的复杂程度和重量。

 


前三点式起落架

  

后三点式起落架:早期在螺旋桨飞机上广泛采用后三点式起落架。其特点是两个主轮在重心稍前处,尾轮在机身尾部离重心较远。后三点起落架重量比前三点轻,但是地面转弯不够灵活,刹车过猛时飞机有“拿大顶”的危险,现代飞机已很少采用。

 


优点:后三点式起落架整体构造比较简单,重量也较轻;在螺旋桨飞机上容易配置。螺旋桨飞机要产生大的推力桨叶就很大,这不得不迫使飞机设计安装时提高螺旋桨发动机的离地高度,而正好装有后三点式起落架的飞机停留在地面时机头抬起很高迎角很大;在飞机上易于装置尾轮。与前轮相比,尾轮结构简单,尺寸、质量都较小;

  

缺点:在大速度滑跑时,遇到前方撞击或强烈制动,容易发生倒立现象(俗称拿大顶)。因此为了防止倒立,后三点式起落架不允许强烈制动,因而使着陆后的滑跑距离有所增加;如着陆时的实际速度大于规定值,则容易发生“跳跃”现象;在起飞、降落滑跑时是不稳定的;在停机、起、落滑跑时,前机身仰起,因而向下的视界不佳。



后三点式起落架 


此外还有自行车式、四轮式、多小轮式。



自行车式起落架



四轮式起落架



多小轮式起落架


02
重要几何参数


停机角度Φ:飞机纵轴与地平面夹角,为使飞机在起跑时稍抬前轮即可达到飞机的起飞攻角,因此停机角稍小于起飞攻角一般在0-4°。

 


擦地脚γ:对应飞机尾部刚刚触地,起落架支柱全伸长,轮胎不压缩时,机头抬起最高时的姿态;“机头抬起”:飞机迎角为α1,由于地面效应使机翼升力达到最高可用值的90%时;对大部分类型飞机,约为10-15°。

 


防倒立角β:主轮在停机状态接地点位置到重心的连线偏离铅垂线的夹角;为防止飞机擦地,防倒立角应大于擦地脚,且不小于15°。

 


防侧翻角θ:飞机滑行时急剧转弯侧翻趋势的量度;根据规定,对陆基飞机角不应大于63°,对舰载机不应大于54°。




前、主轮距B:前轮承受飞机重量的最佳百分比大约为飞机重量的8%~15%;B=(0.3~0.4)L机身 ,同时要与防倒立角相协调。

 


主轮距:依据飞机起飞、着陆以及地面滑行稳定性,越宽越好,并主要决定于飞机重心距地面的高度,可以通过算出的防侧翻角进行检查。

 


起落架收置的位置


许多下单翼战斗机把起落架收置位到机翼与机身连接处。

 


中单翼和上单翼飞机,多把起落架收置在机身内。

 


对上单翼军用运输机,机身短舱布置是很常见的,因为这种飞机的机身要敞开装货。

 



起落架加工制造工艺

  

航空制造业需要安全且高效的机械加工工艺来打造能反复承受高负荷撞击力的飞机的起落架。

  

起落架零件的深孔加工:深孔加工技术是起落架制造的关键及难点所在。飞机起落架前、主起活塞杆、外筒、轮轴等零件均属细长筒形件,材料大多为超高强度钢和钛合金,均为难切削加工材料。切削加工过程中刀具磨损相当严重,尤其是针对深长孔零件采用普通车削加工方法加工时,刀杆刚性不足和刀具耐用度过低的固有缺陷很难满足零件加工要求,尺寸精度、表面粗糙度(特别是过渡圆角和转接R处)不易得到保证。国际专业的起落架制造厂在加工这类零件时,除在结构设计时尽量考虑工艺性外,在工艺装备上普遍采用起落架专用数控加工设备,并配合结构先进、刚性较好的深孔刀杆来满足加工要求。

 



钛合金零件的制造:钛合金加工的主要问题是加工所用刀具的耐用度低,这是由钛合金特有的性质所决定的。钛合金材料具有化学活性大、热敏感性强、弹性模量小等特点,在机械加工领域一直属于难加工材料之一。这就需一些关键工艺技术:大规格钛合金荒坯制备及零件整体模锻工艺;热处理工艺;切削加工表面烧伤检查及控制技术;表面强化工艺等。

 


钛合金特种热处理·特种双态组织



钛合金的切削加工

 


起落架零件整体模锻

  

起落架超高强度钢零件制造:300M钢是一种成熟的航空结构钢材料,现代飞机起落架的主要承力构件起落架外筒、活塞杆、轮轴等大都是选用300M钢。但300M钢对应力集中和应力腐蚀比较敏感,因此对制造工艺有较高要求。需要涉及一些关键技术的应用,包括:外筒、活塞杆等大规格锻件锻造技术;超大型起落架零件高效数控加工技术;大型零件真空热处理及变形控制技术;低氢脆电镀及新型高性能表面防护工艺等。



飞机主起落架铸件



起落架零件数控加工


 
真空热处理

  

瓶形镗削:起落架的重量直接影响油耗,在尽可能减轻起落架重量的同时需保持其刚性以承受相应的载荷。减轻重量的方法之一是在主起落架的轴部钻一个型腔。瓶形镗削工艺可在不锈钢主起落架轴部钻出型腔,以显著减轻起落架的重量。

 


瓶形镗削加工


起落架的装配




减震柱式起落架的装配的一般程序:零件检验、组套-表面清理-减震支柱组装-试验-装配-总装。

 



零件的检验、组套:依据产品装配工艺文件调齐零件,检查标识应清晰、完整、表面质量无缺陷;成品应在有效期内,质量证明文件齐全完整。

  

表面清理:金属零件用航空洗涤汽油清洗,用无水压缩空气吹干;轴承、局部油封件、带漆层的金属件,用蘸有汽油拧干的绢纺绸布擦净。自然晾干;橡胶件、成品件用绸布蘸乙醇洗净。

  

减震支柱组装:按图样及技术条件、工艺文件分别组装内筒、油针组件/内筒、高压筒组件;按图样及技术条件和工艺文件组装外筒组件;将组装好的内筒、油针组件/内筒、高压筒组件与外筒组件组装成减震支柱组件。装配要求如下:a、检查活塞杆组件等运动部分应运动灵活,无涩滞;b、螺栓按标准安装;c、螺栓应按图样及技术条件要求定力至力矩值复合要求;d、开口销、锁线、铅封形式锁紧,防松要求按标准进行。



 减震支柱

  

试验方法:a、高低压腔串气试验(向高压腔充入氮气至设计规定值,然后将组件水平放入仪表油槽中,达到规定时限应无气泡产生,高压腔内充气压力应不降低,打开低压腔气门芯无漏气声)。b、强度试验:C、气密性试验;d、静压曲线试验;e、摩擦力试验、f、回中力试验。

  

装配:按要求装配防扭臂组件,轮叉、摇臂-轮轴组件;装配机轮。

  

总装:按要求安装、调整减摆器或作动器等其他成品、附件。装螺栓、螺母,锁紧定力;按要求安装机轮,按要求在注油嘴处注油膏。按要求在标牌上编号、制造日期等内容后粘贴在减震支柱上,密封胶密封。

 


起落架的安装




起落架的检查


起落架是飞机工作条件最恶劣的系统之一,承担着在任何严酷环境条件下使飞机安全着陆的重要职责。除了经受腐蚀外,起落架还要在飞机每次的起降过程中承受各种应力。因此,起落架零部件的检测、维修变得十分重要。



起落架整体测试


01
对固定式起落架检查


对固定式起落架的磨损、变质、腐蚀和其他可能导致失效不能让人满意操作的因素等进行定期检查。同时对于任何异常操作,都应对起落架结构和机轮进行检查,并对其进行校正。

  

对于采用冲击橡胶减震绳以减轻冲击的旧飞机起落架系统,必须对使用年限、编制护套的松紧、结构和延伸部分的接触点磨损进行检查。对于采用弹簧-油液型减震器的起落架系统,应检查是否有结构的渗漏。同时检查支柱伸长部分,保证弹簧没有磨损或折断、生锈等。对于采用油-气支柱起落架系统,检查方式与弹簧-油液支柱的检查类似。

  

对整个起落架的结构进行检查,看是否有裂缝、刻痕、腐蚀损坏或其他应力集中或失效的因素。对所有螺栓及配件要进行检查以确保安全。转接处和减摆器的螺栓由于其所承受的载荷,容易磨损和松动。应检查是否有渗漏现象。


  

02
收放式起落架检查


收放式起落架的检查包含所有固定式起落架的检查方法。此外,必须对驱动装置进行检查,看其关节、耳轴、轴承等部位是否有磨损、松动;检查任何液压管路部件是否有渗漏以及操作是否平稳,并将飞机顶起,对其进行操作检查,并操作其收放系统。在操作测试时,对操作的平稳性、向上-向下锁的有效性、警报器的操作、指示系统的操作、轮舱中轮胎间隙、起落架舱门等都要检查。

 



收放系统的测试


03
起落架组件的检查


起落架这几个地方容易出现故障,因此得重点检查:

  

减震器:检查整个减震支柱,看是否有渗漏、裂纹以及到达活塞底端。检查所有螺栓、螺栓孔、销和衬套的润滑和力矩值。

  

前起落架组件:检查扭力管、控制杆和杆端轴承、减震器和制动块。另外检查刮泥器、导向板等。

  

尾轮:定期对尾轮进行拆卸、清洗、更换。检查是否出现螺栓松动或断裂、弹簧断裂、润滑不良等情况。

  

起落架舱门:经常对起落架舱门进行检查,看是否出现裂纹、变形,操作是否正确等。此外,检查铰链销是否安全,以及是否出现变形、剪切、松动剂裂纹等。检查轮舱是否出现位移情况。

 


起落架轮舱的检查


起落架生产商


01
梅西埃航空公司

    



法国梅西埃航空公司(Messier Bugatti Dowty),是世界领先的飞机起落架、刹车系统设计、研发、生产及支持服务供应商。梅西埃公司与33家领先的民用、军用、公务机及支线飞机制造商合作,为超过22000架飞机提供支持服务。梅西埃正为全球超过19,500架飞机提供起落架和起落系统,每天起降数目超过35,000次,并供应33个机身制造商和支持2,000种大型商务机、支线商务机、战斗机和直升机。

  

梅西埃航空有限公司前身为美西航空,2002年开业,专门为梅西埃—道蒂的商务机和支线机项目如达索、庞巴迪、豪客比奇以及空中客车A320和波音B787项目提供部件,是专注于制造和组装中型起落架的工厂。目前梅西埃航空公司增加了大型商业机项目的引进:如空中客车A350,A320NEO和波音B787等,它也将成为中型产品、组装和装配、热处理和表面处理产业以及整个公司亚洲供应链的支持中心。

 


梅西埃航空生产的起落架


02
中航飞机起落架公司




中航飞机起落架隶属于中航工业集团中航飞机公司,为国家重点保留军品科研生产能力单位。总部位于长沙航空工业园,并分别在陕西、湖南等地设有生产基地。公司具有完备的飞机起落架及液压附件设计、试验、制造的专业化科研生产能力,与中南大学、西北工业大学、南京航空航天大学等重点院校建立了长期的产学研合作共建关系。

  

公司已通过GJB/9001A军工质量体系认证和GB/T19001民品质量体系认证,同时积极引用国际标准,能满足美军标、波音标准、法宇航标、空客标、英国标和俄航标等各类标准的要求。

  

公司主要产品为大、中、小型全系列飞机起落架及液压附件产品,是国内运输机、歼击机、直升机、无人机、特种机等多种机型起落架的定点生产厂家,承担着多个国家重点型号研制项目。同时,公司为波音、空客系列飞机起落架在国内独家配套零部件,并生产油缸泵阀、橡塑制品、悬挂系统、减震器、传动轴等民品,先后开发出500多种民用液压产品。



两栖飞机蛟龙ag600起落架

 


歼10飞机

 


中航生产的AC313


正如你说看到的,这些就是起落架的那些秘密,下面是起落架生产加工的视频,能更直观的了解起落架的生产加工。


 






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