飞机起落架优化设计论文

为了满足当前飞机研制的科技，以及以后飞机起落架研制的需要，采用新型的起落架设计理念，在保持原有起落架结构和飞机的协调性时，从设计、制造等方面对起落架进行改进，以提高起落架的承载能力、减轻其重量和提高起落架使用寿命的目的，从而增强飞机在使用过程中的安全性。

1由于目前科技的影响，需要的优化设计

处于对飞机安全性考虑的前提下，结合飞机起落架技术改进的方案，在允许的情况下，减轻其重量，以达到增加飞机使用使用寿命的目的。经过笔者精密的分析与计算，对目前科学设计中一些满足不了飞机起落架构建要求的零件进行科学的、恰当的改进，并对拥有强度过剩的零部件进行合理的减重处理。

1.1起落架的缓冲支柱设计优化

当飞机着路时，起落架吸收的动量系数会发生变化，从而引起动量增加，使得起落架的冲击荷载力增加。为了尽量减少飞机在着路时因动量增加过多引起过量冲击，飞机的起落架中，需要进一步优化其缓冲系统。在原有飞机的起落架结构利用的前提下，对缓冲器的充填参数和阻尼油针进行优化设计。通过优化设计过后，选取多组缓冲结构进行落震实验。

1.2部分零（组）件结构重新设计

重新设计起落架的部分零部件与组件，根据承受压力实际状态改善飞机起落架的零件，从而提高起落架的实际承载力。如：将飞机的主起落架的斜撑杆由原来的刚性改变成弹性，从而改善主起落架斜撑杆的整体协调承载的能力，尽量减少不协调造成的起落架损坏，降低中部接头出的应力，提高起落架的使用寿命。

1.3关键重要件结构加强

由于现行新研制的飞机荷载力的增加，通过实际的分析、计算，目前科学技术建造的起落架零部件强度不够。所以在现在的零部件结构的改进中，应加强起落架薄弱部件的改进。为了提高整体抗疲劳的强度，避免焊接带来的缺点，在主起落架的外筒、活塞杆等主要结构都采用整体锻造的方法。

1.4耐久性细节设计改进

起落架结构中的疲劳危险主要包括轮轴、起落架与飞机本体连接处、刹车的法兰盘等部位。另外，在焊接起落架时，在技术设计方面还应该包括以下的几个方面：

1.4.1起落架的选材

起落架中，主要承受压力的构建一般采用40CrNi2Si2MoVA超高强度钢，也可以采用30CrMnSi2A高强度合金钢。

1.4.2起落架需要严格的控制应力集中

一是：在高应力的零部件的沟槽之中，在其根部应该有一个较大的圆角半径；二是：高强度零部件的攻丝孔，应在受压力的区域或者低拉的应力区域，需要用凹凸台对孔的位置进行加强处理，而螺纹应在外部凸台处；三是：在起落架中的所有耳片、支座等部位在其外部的拐角处的半径最小值应为2.5毫米到3毫米之间；四是：对起落架的罐装构建，在截面出现改变处应有一个较大圆角半径，其最小的圆角半径应大于10a（注：a为截面变化部位的台阶高度）

1.4.3高的表面质量。

对于起落架中所有的锻造的表面，至少要加工5毫米以上（采用的是高强钢锻件），及时将锻造表面上的缺陷和脱碳层上的材料做好清理，将锻造表面的粗糙度降至最低。

1.4.4有效的抗腐蚀措施。

对部件进行有效的抗腐蚀能力的提升（一般采用真空热处理冶炼出的高强度合金钢）。采用全覆盖式的镀铬在耐磨表面。防止水与潮湿气体的滞留，并提供可靠性较高的排水通道，零部件也需要涂抹防腐剂。

1.5机轮

飞机的起落架上的机轮是在飞机着路时，起到支撑、刹停以及减轻其着路冲击力的作用。随着飞机起落架制造技术的发展，飞机的速度在不断的提高，飞机的体积、质量也在不断的增加，机轮也由原来简单的弯块式转变成目前较为复杂的盘式。目前，笔者认为我们应当采用新型技术、新科技材料以及制造方法来满足新型飞机的要求，其中：

1.5.1轮胎

飞机起落架的轮胎一般采用无内胎，低断面纵横比，因为其具有提高起飞时的速度、有较大的承载力、使用寿命长等优点。

1.5.2轮毂

轮毂作为机轮的受力部件，一般是采用“A”型的偏置对开式的机构。主体使用高强度铝合金2A14作为部件主要材料，制造刹车壳体的整体结构一般采用30CrMnSiA钢锻件，使用其材料具有重量轻、使用寿命长和抗腐蚀等优点。

1.5.3刹车装置

对机起落架的刹车装置，刹车盘一般选择整体针刺毡SC303碳∕碳复合材料制造，由于其居于理想的摩擦系数，而且重量较轻、性能优良、使用寿命长，一般能在500-2500次得起落。

2后续飞机制造中采用的新型工艺

2.1真空电子束焊

比之传统的焊接技术，真空电子束焊接技术是较为先进的焊接技术，其特点是焊接缺陷少、具有热影响的区域小、高强度焊接缝隙能力等特点。采用真空电子束焊接不仅能够提高焊接部件的使用寿命及其强度，也能避免目前飞机起落架中，对整体锻件制造带来的难度。

2.2真空热处理

起落架的关键部位，从普通热处理改进为真空热处理，起落架零件具有无脱碳、表面光亮等优点。使用真空热处理改善了材料品质，提高了材料的抗疲劳强度，满足起落架发挥潜力的性能要求。

2.3高强度钢零件的表面强化工艺

改进过后的起落架一般都是采用(40CrNi2Si2MoVA)超高强度钢或者高强度钢（30CrMnSi2A），这些材料对应力的集中尤其敏感。通过零件表面强化后，零件的表面有压缩应力层的产生，而表面的强化能够大幅度的提高金属零件的正常使用寿命，其腐蚀能力也得到了提高。

2.4新型的防护工艺

2.4.1HVOF高速火焰喷涂

HVOF是一种在传统火焰喷涂防护基础上逐渐发展出来的高速型火焰喷涂。新型火焰喷涂的原来如下图：主要将氢气、乙炔等可燃性气体与氧气混合，在燃烧室点燃之后，由于剧烈的膨胀，气体在受到喷嘴的约束后，就会产生高速的火焰。然后，由惰性气体将粉末沿着燃烧室的轴心送入，在受热后加速喷出，将表面整体覆盖。使用较为经济，成本低；二是，高速火焰喷涂适合于金属、合金、混合物以及碳化物等粉末；三是，高速火焰喷涂自身较低的温度与超音速也能有效的空子高温中所造成的材料氧化与蒸发，这中方法对金属集体中含有碳化物的涂层尤其的实用。

相比传统镀铬层，HVOF涂层更具有耐磨性与抗腐蚀性；其结合强度很高，连接基体的性能较好，一般的结合强度都大于70MPa。因为避免了与酸性容易、电流的接触，所以避免了氢脆的影响。此外，镀铬工艺还会带来严重的环境污染，从而受到的限制也越来越多、越来越严格，因此使用HVOF喷涂完全是理想型工艺替代品。

最近几年，HVOF喷涂已经逐渐的应用到了飞机起落架的制造当中，部分零件已经从镀硬铬工艺转变成HVOF喷涂工艺。其中波音系列的飞机，已有100多个零件不稳实用了HVOF。而且在美国的军方使用的飞机中，F216、P23等飞机也包括F235型战斗机起落架的部分零件都已经在考虑使用HVOF喷涂。

2.4.2无氰镀镉-钛防护工艺

镉-钛镀层具有较高的抗腐蚀能力和低氢脆性的特点。其中，国外的电镀镉-钛是专利工艺，而我国的无氰镉-钛是将盐酸在“钛膏”中溶解之后加入中性铵盐，使用这种电镀液具有美观、结合力好等特点，而且在钛合金镀层中含有0.1%到0.7%的优质镉。相比氰化镀镉-钛，无氰镉-钛镀液在分散能力上、镀层抗腐蚀上以及低氢脆性都有较高的优越性。钛盐在一段较长的时间内都能够保持相对稳定的溶解状态，可以节省以往繁琐的操作，具有工艺、维护简便等特点。

2.4.3刷镀镉工艺

电刷镀技术是属于电镀特种技术之一，也是电镀技术新时期的发展。在刷镀过程中，需要运用专业的电源直流设备，将镀笔接在电源的正极上，镀笔一般是采用高纯度、细化的石墨作为阳极；被镀过的工件则是接在电源的负极上，成为刷镀时的阴极。刷镀前需要防止镀液直接与工件接触而产生电弧，也能够延长镀笔在使用中的连续性。在刷镀的过程中，镀笔在工件的表面上的一道需要保持一定的相对运行速度，并保持一定压力。在接触的表面电力场的作用下，镀液中含有的金属离子分布到工件的表面上。刷镀层的厚度只要是由镀覆电流的大小、时间以及各项参数来决定的。

近几年，国内外一般采用的是低氢脆工艺对较为复杂的零件进行补镀与修复。此项技术不仅对设备的要求简单，而且镀层的质量较好以及较高的抗腐蚀性、耐磨性、适应性，在刷镀之后，避免了除氢处理，对起落架进行现场维修方便，具有较高的镀液均镀和深镀能力。

综上所述，笔者就目前科学技术对起落架技术影响进行简要分析，并提出改进、制造等措施。实事证明改进过后的起落架的承载能力有了一定的提高、减轻其整体重量和提高了起落架使用寿命的目的，从而增强飞机在使用过程中的安全性。