波音7系列飞机起落架减震机构

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波音737飞机起落架减震机构介绍摘要：起落架是飞机着陆缓冲、滑行减震和停机支撑的重要部件，减震器和机轮是起落架的主要缓冲构件，起着吸收和耗散飞机着陆撞击、地面不平激励的飞机运动能量，在减缓飞机发生振动，降低飞机地面载荷，提高乘员舒适性，保障飞机飞行安全等方面发挥着极其重大的作用。而在飞机的起落过程中，起落架和飞机机身都将承受很大的冲击载荷，而这种冲击载荷被认为是造成飞机及其起落架结构发生疲劳与振动引起乘员不舒服的重要因素。现代飞机上应用的减震机构是油气式减震器和全油液式减震器（液体减震器）。本文主要研究波音737-300型飞机，该机型飞机起落架采用前三点油气支柱套筒式起落架，这是现代民航运输机普遍采用的起落架结构形式，它具有体积小，易收放，结构紧凑，减震性能好等特点，其机械故障较少。关键字：波音737起落架减震机构油气式减震器1.1飞机减震器总体介绍1.1.1概述飞机起落架的减震系统由减震器和轮胎组成．其中减震器(也称缓冲器)是所有现代起落架所必须具备的构件，也是最重要的构件．某些起落架可以没有机轮、刹车、收放系统等，但是它们都必须具备某种形式的减震器。而轮胎虽然也能吸收一部分能量，但仅占减震系统总量的10％～15％。当飞机以一定的下沉速度(一般“限制下沉速度”为3m／s，美国规定某些短距起落或海军用舰载机等可以更大些)着陆时，起落架会受到很大的撞击，并来回振动．减震装置的主要作用就是用来吸收着陆和滑行时的撞击能，以使作用到机体上的载荷减小到可以接受的程度；同时须使振动很快衰减。由以上功用对减震装置提出如下的设计要求．(1)在压缩行程(正行程)时，减震装置应能吸收设计规范要求的全部撞击能，而使作用在起落架和机体结构上的载荷尽可能小。在压缩过程中载荷变化应匀滑，功量曲线应充实——也即减震器应具有较高的效率．  (2)为了减少颠簸或在伸展行程(反行程)中不出现回跳，要求系统在压缩行程中所吸收的能量中的较大部分(一般应有65％～80％左右)转化为热能消散掉。(3)为了让起落架能及时承受再次撞击，减震器应有必要的能量和伸展压力使起落架恢复到伸出状态，伸展放能时应柔和，支柱慢慢伸出，这样可消除回跳。减震器完成一个正、反行程的时间应短，一般不能大于o．8s。以上(2)，(3)项措施同时也对提高乘员舒适性有利。(4)着陆滑跑时，根据各种飞机对所预定的使用跑道的通过性(漂浮性)要求，规定在遇到某一高度的凸台和坑洼地时载荷系数不能超过允许值，(如某些次等级跑道的路面包含有76mm高的凸台．以及一定波长和波幅的波形表面隆起)。轮胎的弹性变形和弹性力对吸收能量、减小载荷系数和提高滑行时乘员的舒适性等方面均起一定作用，但是它不能消耗能量。1.1.2减震器的类型总的说减震器可分为两大类广类是由橡胶或钢制的固体“弹簧”式减震器；另一类是使用气体、油液或两者混合(通常称油气式)的流体“弹簧”式减震器。利用橡胶、钢弹簧和气体作为介质的减震器是利用介质变形吸收撞击动能，靠介质内的分子摩擦消耗能量，因此这些减震器的热耗作用很小，只适用于轻型低速飞机以及后三点式起落架的尾乾．图8．24对不同类型减震器的效率V和效率／重量比作了比较。v(％)‘A／LS，其中A为减震器在正行程中实际吸收的能量；I为正行程中受到的最大载荷；s为正行程中的最大行程。由团可知油气式减震器是目前效率／重量比最高的减震器类型，其效率实际上可达到80％一90％之间。图8．25所示波音-737主起落架的试验曲线表明其效率达到了90％。此外它还具有很好的能量消散能力。因此现代飞机一般多采用泊气式减震器。全泊液式减震器结构紧凑，尺寸小，效率也可在75％以上，设计得好可达到90％。但由于高液压而需要加强减震器的构件，导致减震器重量较大，且密封比较困难，目前在战斗机上有使用。气体式减震器因效率／重量比低，耗散能量差，可靠性也较差，目前已不再使用。 固体“弹簧” 式减震器虽因效率／重量比小，耗散能量少等缺点，一般在速度较高的现代飞机上基本不采用。但仍应对其构造简单，工作可靠性高，维护要求低以及相应的低价格予以应有的认识。对于某些轻型的简易飞机或多用途小飞机，若起落架不收放，此时通过综合考虑和折衷平衡也有采用片簧式或橡胶压块式减震器。如加拿大的DHC—6(“双水獭”)飞机为涡轮螺旋桨发动机短距起落的小型运输机，最大起飞重量为5．6t。它的不可收的主起落架就采用了橡胶压块式减震器(见图8．26)，前起落架为油气式减震器。该机于1969年改型后的DHC—s—300系列有二百余架投入了使用。由于油气式减震器是目前性能最好、使用最广泛的减震界，下面我们将对它着重讨论。1.2波音737机型波音737系列飞机是美国波音公司生产的一种中短程双发喷气式客机。波音737自投产以来四十余年销路长久不衰，波音737成为民航历史上最成功的窄体民航客机系列。被称为世界航空史上最成功的民航客机。波音737主要针对中短程航线的需要，具有可靠、简捷，且极具运营和维护成本经济性的特点，但是他并不适合进行长途飞行。根据项目启动时间和技术先进程度分为传统型737和新一代737。波音737计划在1964年展开，采用波音707/727的机头和机身横截面。机身可以容纳一排6个座位。737-100最初的设想是一种只有65到80个座位的小容量短途客机。但是在启动客户──德国汉莎航空公司的坚持下，最后737-100的设计容量被提升到100座级。1967年4月9日原型机首次试飞，1967年12月15日获美国联邦航空局型号合格证，第一架737-100飞机于1967年12月28日交付给汉莎航空公司。737-100在市场上并不算受欢迎，只生产了30架。波音公司于1967年推出了机身延长的型号737-200，以配合美国市场的需要。737-200系列在市场上大受欢迎，总产量达到1114架，直到1988年停止生产。波音公司在1981年决定继续设计737系列改进型号，737-300于1984年推出，比737-200略长，应用了波音757与767的现代化驾驶舱设计，机舱设计则来源自波音757，座位数102-145。737-400为737-300的加长型号，载客量为150-180人。737-500为737-300的缩短型号，续航距离较长，座位数104-132。此系列波音737已于2000年停产。波音公司为应付空中客车公司的空中客车A320的竞争，1993年启动新一代737项目（最初称737-NG，NG是「Next Generation」的缩写，意指「次世代」之意），1998年正式投入使用。1993年11月，波音启动波音737-700项目，737-700为基础型号，直接取代737-300。当时启动用户美国西南航空公司订购了63架飞机。首架飞机于1997年12月投入运营。1994年9月5日，波音737-800项目启动，737-800是737-700的机身加长型号，直接取代737-400。首架飞机于1998年春天交付。1995年3月15日，斯堪的纳维亚航空公司（SAS,即北欧航空公司）订购了35架飞机，成为了波音737-600的启动用户。737-600为737-700的缩短型号。首架波音737-600于1998年交付。1997年11月10日，波音737-900项目启动。737-900为新一代737机身最长的型号。2001年初开始交付。1.3起落架与减震器 B737-300型飞机起落架采用前三点有油气支柱套筒式起落架，其减震支柱式自身封闭的液压装置，它在地面上支撑飞机并且吸收，消散着陆时产生的巨大冲击载荷。因此，保证减震支柱良好，对飞机的起降至关重要。非正常状态的减震支柱可导致飞机轻则着陆过硬，重则发生着陆事故，造成损坏起落架和机身结构的后果。B737-300型飞机的起落架减震支柱为典型的气动液压减震支柱，即油气式减震支柱，它由可相对直线运动的内、外气缸筒组成，并且形成上下腔，上腔通过支柱顶部充气活门加入压缩氮气，下腔通过支柱底部的加油活门加入液压油两腔之间由节流孔连通，内、外筒之间的相对运动由封圈封闭。当飞机着陆减震支柱压缩时，下腔的油液高速流过节流孔产生热耗作用，并压缩上腔的氮气，氮气压缩，吸收并储存飞机接地时产生的撞击动能，而油液的热耗作用将这些能量变为热能消散掉。 减震支柱油气比例的正确与否非常重要，如充入过量氮气，气压过大，减震支柱变硬，在正常着陆滑行时，飞机各部分受到的力要比灌充正常时大得多，飞机各部分结构容易因疲劳而提前损坏；在粗猛着陆的情况下，变硬的起落架虽然能吸收完规定的最大能量，但撞击力一超过规定的最大值，起落架和飞机的某些结构也可能损坏。这对于前起落架更加重要，在滑行及拖飞机的过程中，由于充气过多，使前起落架减震支柱内筒伸出过长，前起落架上、下定中凸轮可能相互接触，导致损伤，并且，减震支柱内部上、下支撑距离太近，前起落架会因弯矩过大而损坏。氮气过少时，着陆时减震支柱可能撞击到底，造成刚性撞击，飞机结构可能受损。需提醒的是，在油液过多时，着陆时减震支柱将强烈压缩，此时内部节流孔通油量不够，将造成内筒内产生高压。曾发生过此原因导致重着陆时内筒变形的事件。B737飞机主起落架减震支柱内部结构如图所示。1.4起落架及减震器的使用与维护由于B737起落架的结构特点，因此在灌充起落架时，须严格按照步骤进行工作。其主要包括：放气，灌注液压油以及再充气等三个步骤。在灌充过程中，有几处易被忽略的注意点：（1）释放空气压力时需注意缓慢反时针旋转螺帽，防止高压气体冲出螺帽，使人受伤或使飞机结构受损。（2）空气压力释放后一定要保证减震支柱处于全伸开状态。给减震支柱充气时需缓慢进行，以免过度发热和充气过量。（3）使用时减震支柱液压油将溶解一部分氮气，所以在飞机5~10个航班后需进行气压检查，同时，建议在充气时选取“负载—气压对应曲线表”中气压范围值的上限，则在部分氮气消耗后，气压仍可保持在许可范围内，可省去再充气的工作。当怀疑有漏气现象时，一个简单的验证方法是将肥皂水涂到充气活门组件上以观察有无气泡。渗油最常见的原因可能有以下几种：（1）“T”型动封严支撑环安装位置不对安装于内外筒之间的“T”型动密封严的支撑环的两边分别为圆形角和方形角，应该是圆形角与“T”型封严配合，当支撑环安装方向不对时，其方形角边缘会与“T”型动封严相摩擦，导致封严失效，造成渗油，所以安装时需仔细。（2）刮油圈安装不正确刮油圈位于外筒底部的锁紧螺母上，刮油圈内径为锥形，在安装时内径端应向下，如反安装将造成渗油并可能减少动封严的寿命。（3）外物对封严圈，刮油圈损伤导致渗油 如减震支柱内筒镜面部分有细小坚硬的物质，在内外筒相对运动时，异物有可能进入外筒内部，卡在封圈、刮油圈与内筒之间形成间隙，或磨损封严圈、刮油圈，使其失效造成漏油。因此。在清洁内筒镜面时，建议采用粘有与减震支柱内筒内同样液压油的布进行抹擦。另外，液压油本身产生的问题也可能使减震支柱工作影响。（1）液压油受污染当起落架内有水分时，液压油的润滑效率将降低，起摩擦系数将增加，使封严圈很快磨损，并且水分导致减震支柱内表面及部件腐蚀。水分的来源主要因为灌充的气体不够干燥，导致水分随之进入。根本解决方法是：严格使用干燥的压缩气体（氮气）进行灌充。（2）液压油本身不符合要求由于B737使用的起落架减震支柱液压油采用混有添加剂的液压油（BMS3-32，草黄色），如混合比例或添加次序不当，可能造成添加剂在起落架内筒下端凝固，造成润滑效果差。所以建议在添加液压油时最好采用厂家已混好的液压油。参考文献：（1）张宏伟B737-300飞机起落架维护经验分析中国民用航空学院机电工程学院（2）民用飞机设计研究所民用飞机设计参考机种之一波音737-200双发涡扇短程运输机。（3）马贵春起落架减震关键技术研究中北大学航空宇航工程学院