直升机滑橇式起落架总体布局参数设计流程

摘要滑橇式起落架一般应用于起飞重量5吨以下的轻型直升机其结构简单重量轻维护成本低其总体参数的选择决定着直升机的气动、停放、起飞及着陆等性能。滑橇式起落架因适用范围较小尚没有完整的设计流程缺少对起落架进行从全局考虑的、系统的总体参数设计。本文首先从直升机整体需求角度建立滑式起落架总体参数确定流程其次用反复迭代的思想选取其最优组合。正文如图1、图2所示滑橇式起落架主要由左 / 右滑管、前 / 后横管组成其总体布局参数主要有(a)停机角 φ 直升机停放时机身纵轴和地面之间夹角(b)纵向跨距b左/右滑管的长度(c)横向跨距B左/右滑管之间的横向距离(d)结构离地最小距离 h0 机体最低点离地距离(e)后罩角β停机时通过重心和左右滑管地面后接触点所形成的平面与重心垂向之间的夹角(f)前罩角 γ 停机时通过重心和左右管地面前接触点所形成的平面与重心垂向之间的夹角。(g) 侧罩角ε停机时通过重心和滑管所形成的平面与重心垂向之间的夹角(h)自转着陆角θ机轮未压缩时通过滑橇后着地点和尾橇的切面与停机地面之间的夹角。图1 滑橇式起落架示意图图2 起落架与整机几何参数示意图为使直升机前飞时机身姿态基本水平直升机旋翼平面往往不平行于机身水平线前倾一定角度γ 。但在直升机停落在地面时旋翼轴的前倾角产生朝前的拉力导致直升机有向前滑行的趋势。为避免此现象在停机时使机身后仰一定角度减小甚至抵消旋翼产生的朝前拉力分量机身在停机时后仰的角度为停机角。停机角一般取值0 ≤ φ ≤ γ 。过大的后仰角会造成旋翼拉力水平分力朝后直升机向后滑行。为避免直升机最大压缩量时机体结构与地面凸出物相碰首先需要确定滑橇与地面接触点离机腹的高度h0。国军标对此有具体的要求:“在直升机最大压缩量时机身最低点(含外部天线)离地最小距离不少于 150mm”。h0越大直升机与地面接触时机身最低点距离地面间隔越大可有效保证机身结构不与地面凸起物接触甚至相撞。h0的大小同时也影响着其他总体布局参数(如后罩角、侧罩角、纵向跨距)的取值不宜过大否则会导致起落架过高、质量超重的不良影响。h0取值限制:h0150mm。确定h0后在离机身最低点h0,距离处画一个水平面m水平面与xz平面相交得到水平线L左右滑管在此平面m上与地面接触。直升机重心位置对起落架总体布局具有深远的影响在机身上标注重心位置重心距离地面的高度 hwh0h1重心距离机身最低点高度。滑橇后着地点的纵向位置c影响后罩角β与自转着陆角θ的取值。c越大后罩角β与自转着陆角θ随之增大与c正相关。为防止尾桨触地损伤结构直升机一般在尾梁处装尾撑或者尾橇尾橇的布置决定了尾桨的位置。自转着陆角θ定义为机轮未压缩时通过滑橇后着地点与尾橇的切面与停机地面之间的夹角。其大小要保证起落架及尾撑着地且最大程度压缩时尾梁和尾桨离地面距离≥ 150mm建议取值8°- 12°。后罩角β的定义为滑橇后着地点和重心形成平面与重心垂线的夹角它的取值主要考虑到直升机发生后翻自行恢复到停机状态的能力。直升机大仰角、斜坡着陆或尾部负载过重时机身后仰有可能发生直升机后翻。当直升机发生后翻时起落架与尾撑着地且最大程度压缩为使直升机有自行恢复的能力此时需将滑橇后着地点 A 布置在重心垂直线后即后罩角β 自转着陆角θ。但后罩角β过大会导致滑橇后着地点的纵向位置c过大会引起滑橇前着陆点承受载荷过大因此后罩角β建议取值30°- 40°。不同于轮式起落架滑橇式起落架有四个着地点A1/A2/A3/A4。为防止直升机大俯角或者斜坡着陆造成直升机前倾设计前倾角考虑因素同后倾角建议取值30°- 40°大风天气下直升机着陆因强气流影响导致直升机易向一侧倾倒、侧滑。为避免直升机侧翻事故的发生直升机侧罩角不能过小。以左侧翻为例如图3所示在侧翻瞬间右侧滑管恰好离地仅有左侧滑管着地此时直升机受力情况如下直升机此时受重力G左侧滑管处地面提供的支持力N、摩擦力f惯性力P。惯性力P和摩擦力f 组成侧翻力矩重力G 与支持力N组成恢复力矩。要使直升机不侧翻需要Gx≥fh图3 左侧翻时直升机受力情况侧罩角的大小代表着直升机防侧翻能力的高低由上式可知直升机重心越低左右滑管间横向间距越大侧罩角越大防侧翻能力越好。但由于直升机机身废阻和重量限制左右滑管间横向跨距不易过大应在满足防侧翻要求范围内选择尽可能小的横向跨距。经过上述设计流程总结出滑橇式起落架的设计流程具体如图4所示图4 滑橇式起落架设计流程回顾上述设计流程使用反复迭代的思想首先根据旋翼轴前倾角确定机身停机角进而根据机身离地高度、停机角要求确定滑橇着地点竖向位置然后根据防后翻的要求确定滑橇后触地点纵向位置再根据防前翻要求确定滑橇前着地点纵向位置然后根据防侧翻要求确定横向跨距。其间任何一步参数不满足要求则返回重新进行。由此获取滑橇式起落架总体布置的设计流程。总结起落架总体布局参数作为直升机总体设计中的关键设计指标在直升机地面停放、起飞、着陆时均承受相应载荷。本文用反复迭代的思想获取滑橇式起落架总体布置的方法。希望通过阅读本文让大家对直升机滑橇式起落架总体布局参数的设计有所了解使初学设计者设计滑橇式起落架总体布局参数时更有科学依据。