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轮胎在快速滑动过程中会出现按安装轴左右摆动，车机体也随之振动，这就是物体运动中产生的自然现象：摆振现象。
图为大起落架图 飞机设计的起落架装置，用于飞机起降滑行与刹车停放，随着飞机追求更高、更快、更远的目标，小小的起落架也承担起更大的支撑责任，影响到飞机的使用与安全。 最早的飞机起落架因为低速、低空、载重轻，没有气动外形的要求，是由固定支架和机轮组成，悬挂暴露在机身之外。当飞机突破音障后，飞行速度提升，在外的起落架因此有了气动性能，可以收放自如，随后升级形成了隐藏机身或机翼的复杂系统，成为现代飞机必备的重要装置之一。 如此高科技、高性能、高工艺的飞机也必然产生一种自然现象，即“摆振现象”，解决此类现象也成为航空设计师、科学家们重要课题。
图为大型宽体飞机主起落架 认识摆振现象 生活中老人外出买东西的小推车，或是年轻人出差游玩的旅行箱，或是家庭主妇们超市用的推车，在用力使用时是不是会出现不听话，不往前滑动，反而往左或右拐的现象呢，这就是低速情况下的小“摆振”。生活中，使用工具越是简易，越能感受到此类现象，你不妨到超市推一下购物推车，速度略快一些就不安你的方向前行了。 到了汽车时代，汽车在平坦路面上以一定的车速下行驶时也出现“摆振”现象，是不是非常的可怕，汽车设计师是最早发现“摆振”现象，并研制了一些可解决的方法。 飞机时代，高速滑行也出现“摆振”的话，那结果更是不可想象的危险，也极不亦控制，甚至会发生机毁人亡的惨案。 科学家已经认定，摆振现象是一个受多种因素影响的多体动力学问题：汽车发生摆振时，转向轮（前轮）以一定的频率和幅度左右摆动发生左右激烈摆动，会引起方向盘“弹手”或“称为筛糠般的抖动”问题的发生，摆振会减少乘员的舒适性，增加司机的疲劳程度，并对整车行驶安全性和整车零件的寿命产生严重的负面影响。严重时致使驾驶员无法控制方向盘而发生车祸事故。 汽车非高速限速，高速一般是80-120之间。家用轿车最高时速在190左右，当然你开不了这么高。 据案例分析得知，汽车一般在40-80公里/小时之间的车速会产生低速摆振，大多是由转向系统机件磨损松旷及调整间隙过大引起；汽车高速一般是80-120公里/小时之间，而高速摆振除包括低速摆振的原因之外，主要是车轮不平衡、前轮定位失准、前轮变形及钢板弹簧发生位移等原因造成的。 飞机起落架一般都在200公里/小时以上高速度行驶。客机起飞和降落的速度每次都不尽相同，和当时机场温度、跑道系数、客货配载情况、修正海平面气压、是否使用减推力起飞等等都有关系，一般而言，普通客机的起飞速度在200-300公里/小时左右，飞机所产生的“摆振现象”影响会更大。
图为安-225起落架图 飞机滑跑时的“摆振”原因 飞机在起飞或者着陆滑跑时，前轮有时产生一种偏离机轮中立位置在侧向和扭转方向相互耦合的剧烈振动。 飞机滑跑过程中由地面作用在轮胎上的力及力矩提供的摆振，细分原由有三，即摆振现象递增过程：由支柱、前轮的侧向振动；围绕支柱轴线的前轮扭转振动；相互耦合所引起的一种非常复杂的自激振动。 摆振剧烈时，会引起机身的剧烈振动，严重影响驾驶员的正常操纵，也会迅速发散导致飞机结构的大幅度位移，甚至引起机身部件的严重破坏，造成事故的发生。因此前轮摆振是一种非常有害的自激振动，必须加以防止。
图为起落架前视图 解决“摆振”危险的思路与方法 从设计思维角度分析，不仅需要减弱产生摆振的能量，也要解决避免产生摆振的所有内外部条件。 第一。采用的油液减摆装置，利用油液通过小孔产生的阻尼力产生的力矩来防止机轮摆振，或是消耗起落架的摆振能量。但是这种减摆装置结构复杂、体积大、重量重且成本高。 第二。解决起落架支柱的弯曲、轮胎的变形所造成的摆振现象。为此，要优化起落架结构，增大起落架支柱的扭转刚度、侧向刚度和阻尼；要增加起落架稳定距。 第三。解决飞机滑跑过程中，来自外界扰动或激励所产生的摆振现象。 对摆振的理论分析使用的运动方程是复杂的，包括如结构阻尼、轮胎刚度等许多因素，而对摆振试飞这一科目的验证更加艰辛与风险，为了达到保证飞机在低速和高速滑跑都不会出现不可接受的摆振现象，也是值得的。 在具体飞行过程中，也不可忽视“摆振”现象的发生。为此，飞机机长必须掌握识别摆振性质的能力，更多的是经验。如果方向控制困难应果断中断起飞，防止飞机在大速度出现方向不可控的现象发生。
研究“摆振”所需要掌握的专业术语 专业分析起落架抵抗摆振的能力主要取决于以下因素：起落架侧向弯曲频率、起落架扭转频率、起落架频率比、机轮有效稳定距。 1.起落架侧向弯曲率是它侧向位移的频率，当该频率减小时，为使起落架稳定，要求更高的稳定性和阻尼。 2.起落架的扭转频率是它绕自身垂直轴扭转或旋转的频率。 3.起落架频率比定义是扭转频率和侧向弯曲频率之比，频率比表明总的起落架稳定性。 4.机轮有效稳定距是起落架扭转轴和机轮中心之间的距离，机轮有效稳定距减小时，起落架变得更稳定。 作者：胡鑫川 完成于20220218 与你一起纵横航空史话、航空器、航空科技的世界 与你一起纵横航空史话、航空器、航空科技的世界 |
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