大型民机起落架的发展趋势与关键技术冯军资料.pdf

FORUM 论坛 52航空制造技术·2009 年第2 期 目前大型民机朝着超大型和超 高效两个方向发展， 代表机型是空 客公司正在研制的超大型宽体飞机 A380 和波音公司正在研制的波音 787虽然这两种飞机的设计代表了 航空发展的两种不同预期及理念， 采 用的技术侧重不一样， 但是在起落架 的设计上采用的技术却是一致的， 那就是都采用了小车式多轮起落架 来分散轮胎对跑道的压力要求；采 用高强度钢、 优质钛合金材料用以获 取长寿命低重量系数的起落架结构； 采用电传方式控制的起落架， 甚至采 用全电刹车系统以获取更高的系统 可靠性和更轻的重量以及更简便的 维修；这些技术都是对已有大型民 机起落架技术的继承和发展 大型民机起落架的特点 及发展趋势 比较一下波音公司的波音 747、 777、 787 以 及 空 客 公 司 的 A340、 A380 的起落架的技术特点， 可以从 中追寻起落架技术的发展趋势 大型民机起落架的发展 趋势与关键技术 第一飞机设计研究院总师办 冯 军 波音 747 于 1970 年初投入航线 使用， 是载客最多 （达 500 人）的大 型宽机身客机， 它的最新型号是波 音 747-400 型飞机， 该型于 1985 年 开始设计， 1988 年出厂， 最大起飞重 量 395t。

它的起落架由五支柱、 液 压收放两轮前起落架向前收起， 主 起落架为 4 个四轮小车式， 两个并列 在机身下靠机翼前缘处， 向前收入机 身； 另两个装在机翼下面， 向内侧收 起起落架支柱、 轮轴及车架结构采 用 300M 钢整体锻件， 全部 18 个轮 胎均为同一型号的无内胎机轮， 尺 寸 46×16inch(1168.4×406.4mm)， 主轮胎压 14.1×105Pa， 前轮胎压 13.11×105Pa在波音 747-400 上 主轮采用碳刹车片代替钢刹车片以 及使用新的宽机轮使起落架减重 816kg， 并装有防滑装置， 它的收放 控制系统、 前轮转弯系统完全采用机 械操纵， 液压作动 波音 777 是波音公司研制的世 界上最大的双发喷气宽体客机， 1995 年 5 月 17 日首架交付用户美国联合 航空波音 777 在大小和航程上介 于 767-300 和 747-400 之 间， 波 音 777 采用三级客舱布局时可搭载 301 至 368 名乘客， 最大起飞重量 299t， 完全可以替换波音 747 的早期型号， 其耗油量减少 1/3， 维护费用降低 40％其主起落架共有 12 个机轮， 这种结构既有效地分散了路面载荷 又使飞机不超过三个起落架支柱。

在跑道和滑行道上时， 重量分布更均 匀， 避免了在机身中心下面安装一个 辅助的 2 轮起落架其 3 轴车架式 主起落架后轴转向操纵能提供一个 较小的转弯半径， 以减少大角度转弯 所需的推力， 并能减小轮胎摩擦， 当 前轮转向操纵角超过 13° 时， 它就自 动开启777 的主起落架是迄今为 止民用飞机使用过的最大起落架， 它 的主支柱是 300M 钢整体锻件， 采用 双支撑侧撑杆传递侧向载荷， 它的车 架梁采用钛合金模锻件， 模锻件投影 面积 12258cm2， 重量达 3175kg主 轮胎规格 H49×19-22， 前轮胎规格 44×18-18采用碳刹车， 波音 777 Development Trend and Key Technologies of Landing Gear of Large Civil Aircraft 大型民机起落架的设计上会更多地应用信息技术、 微电子、 微机电、 新材料、 新 动力等技术更加突出综合化、 信息化和智能化在起落架结构设计上， 将广泛应用 高强度钢、 钛合金以及大型金属锻件结构等以降低结构重量和成本， 提高结构效率 大飞机关键技术Key Technologies for Large Commercial Jet 2009 年第2 期·航空制造技术53 的自动刹车装置类似于其它波音飞 机， 着陆滑跑很平稳， 刹车很灵活； 起落架收放操纵方式仍然是机械钢 索传动控制。

波 音 787 系 列 飞 机 是 200 到 300 座级的飞机， 航程可达 6500 ～ 16000km， 最大起飞重量 218t波音 787 起落架为可收放前三点式主 轮为 4 轮小车式， 前轮为双轮式在 起落架的研制上， 波音采用了承包商 的开发方式， 一改过去起落架的结构 设计由波音公司自己负责的方式 法国道蒂公司被波音公司选为波音 787 起落架的部件供应商， 负责整个 起落架项目的管理及主和前起落架 结构的设计、 开发、 试验、 制造和一体 化同样它的主支柱外筒是 300M 钢锻件， 而缓冲支柱的活塞杆是钛合 金的整体锻件， 波音 787 采用航空子 午线轮胎， 起落架收放液压系统已经 采用高压系统供压 空客公司的大型民机有 A330、 A340、 A380 及正在研制的 A350 飞 机， 其飞机吨位和客座数和波音的同 类飞机基本相当， 在起落架结构的设 计上也都类似所不同的是空客系 列的飞机在起落架控制系统方面更 早的采用了电传操纵技术和起落架 电子综合控制技术这类起落架的 收放系统的控制采用计算机控制收 放逻辑， 控制液电阀和各种作动筒收 放起落架及 舱 门 的 顺 序， 并采用 接近式感应 开关来探测 起落架和舱 门 是 否 到 位。

起 落 架液压系统 的 压 力 在 A380 飞 机 上采用高压 （34.5MPa） 液压系统供 压， 有效地减小了起落架收放作动筒 的尺寸， 减轻了重量正常刹车系统 采用双余度电传刹车数字防滑， 兼有 自动刹车功能， 采用柔和的飞机匀减 速率刹车控制以提高乘客的舒适性 自动刹车系统有智能化的状态判别 逻辑， 驾驶员的操纵动作非常简单 前轮转弯为电传操纵伺服控制系统， 其手轮操纵控制、 方向舵脚蹬与前轮 操纵的联动控制和差动刹车功能均 由一个控制器实现综合控制， 可按需 实现与方向舵的联动与断开、 左右驾 驶员转弯指令的叠加， 不同状态下机 轮最大转角的自动限制， 前轮伺服系 统的仿真监控等功能， 确保飞机的正 确航向和着陆安全 由于起落架控制系统中采用了 大量电子设备和机电设备， 使得故障 检测变得容易， 故障隔离可以达到 LRU 级， 且产品可靠性指标很高， 因 此维护工作变得便捷， 大大减少了工 作量广泛采用感应式接近传感器 用于检测起落架的位置， 提高了传感 器寿命此外， 通过控制计算机方便 地实现了与航空电子系统的信息传 输与信息共享 通过以上比较可以看到大型民 机起落架具有的鲜明技术特点： （1) 起落架布局复杂。

起飞重 量在 300t 以上的大型民机， 如波音 747、 A340、 A380 飞机， 主起落架采 用多轮多支柱式布局形式， 其中波音 747、 A380 都有 4 个主起落架， A340 有 3 个主起落架A380 有 2 个机身 起落架是 6 轮三轴小车式起落架， 2 个机翼起落架为 4 轮二轴小车式起 落架， 共 20 个机轮；而波音 747 和 A340 的 4 个主起落架都是 4 轮二轴 小车式起落架这种多轮多支柱布 局可以将地面载荷以分散形式传递 到机体结构， 并降低了对跑道强度的 要求这种多支柱起落架的缓冲系 统是相互连通的， 以一定的控制形式 调节各个起落架的载荷大小； （2) 起落架的结构尺寸很大， 每 个起落架的承载大， 起落架主要承力 构件采用大型整体锻件进行制造 对于比波音 747、 A340 飞机吨位小 一些的飞机， 象波音 777、 767、 A300、 A330 等飞机基本采用普通三点式起 落架布局， 主起落架为单支柱小车式 多轮起落架由于大型民机的起落 架基本采用机翼下安装形式， 相对于 大型军用运输机的机身起落架， 尺寸 要大很多例如波音 777 的主起落 架主支柱的长度达到 3m 以上， 是现 役飞机中最大的起落架， 每个主起落 架承载能力在 200t 以上； （3) 与机体同寿， 是国外民机对 起落架的普遍要求， 这使得起落架 的寿命在 4 万～ 6 万次起落， 如波 音 767 的起落架寿命为 5 万次起落。

波音 737 已达到 7.5 万次以上起 落架结构采用高强度钢整体锻件， 提 高了起落架寿命大型民机起落架 主体材料已经用 300M 钢整体锻件 制造工艺取代了拼焊结构 由于钛合金比强度高， 结构重量 轻， 目前它在起落架上的应用已经从 次承力结构、 小零件扩展到主要承力 构件上据报道， 在 A380 的主起落 架中钛合金的用量占到主起落架总 重的 30％ 起落架控制系统在操纵方式上 已逐渐摒弃了钢索滑轮等机械操纵 器件， 使用电传操纵， 且与其他系统 波音 747 的 4 个四轮小车式起落架 FORUM 论坛 54航空制造技术·2009 年第2 期 实现交联， 广泛采用感应式接近传感 器用于检测起落架的位置电传刹 车技术和自动刹车技术已经发展成 熟， 正逐步向全电刹车方向过渡 综上所述， 大型民机起落架的设 计上会更多地应用信息技术、 微电 子、 微机电、 新材料、 新动力等技术 更加突出综合化、 信息化和智能化 在起落架结构设计上， 将广泛应用高 强度钢、 钛合金以及大型金属锻件结 构等以降低结构重量和成本， 提高结 构效率A380、 波音 787 等新机机 体寿命将达到 7.5 万～ 9 万飞行小 时， 起落架的起落寿命将随之进一步 增加。

在起落架控制系统设计方面， 将进一步向计算机控制、 综合显示控 制及全电操纵方向发展所有的技 术进步都朝着减重、 提高可靠性、 降 低维护维修成本方向努力 我国与国际先进水平的差距 国内民机起落架在寿命指标、 结 构设计、 材料制造技术以及适航验证 等方面与国外先进民机具有较大差 距， 尤其在多支柱起落架设计方面处 于无设计规范可依、 无型号经验可 循、 无原准设计可用的局面主要体 现在以下几个方面： （1) 起落架设计寿命： 现在国外 先进民机起落架 （除超大型民机外） 设计使用寿命一般是 4 万～ 7.5 万 次起落， 目前我国民用起落架中新舟 60 飞机的起落架可以达到 2 万起落 寿命， 和国外先进起落架 6 万起落以 上寿命有较大的差距而国产运输 机起落架寿命都较低， 如， 运 8W 为 1.1 万～ 1.5 万次起落， 虽然新支线 飞机 ARJ21-700 的设计指标达到 6 万次起落， 但起落架应用的是国外材 料体系， 在国外进行生产， 没有应用 我国的材料和生产工艺因此， 这方 面与国外具有较大差距 （2) 起落架结构设计能力：对 于大吨位起落架的设计尤其是多 支柱起落架的设计国内没有任何 经 验。

国 外 大 型 民 机 起 落 架 （如 A380、 A340-600、波 音 747、波 音 777等） 只有一些著名起落架公司 （如 Goodrich、 Messier-Dowty 等） 才 能设计、 生产， 这些起落架的尺寸和 吨位都较大而国内目前只能设计 生产吨位较小的军机和运输机起落 架在大型车架式起落架结构设计 上也没有太多型号经验 （3) 起落架控制系统设计： 与国 外先进水平相比， 国内起落架控制系 统的集成度低， 起落架电传转弯、 刹 车控制、 收放系统集成控制的设计水 平较低， 同时起落架控制系统附件可 靠性水平较低， 寿命较短， 难以满足 民用飞机的使用要求尽管国内在 军机上已经应用了电传刹车技术， 但 对于多轮刹车的控制研究目前还是 空白， 而且对自动刹车系统的研究才 刚刚起步国内电传转弯系统中目 前采用的还是电磁阀控制， 控制精度 较差 （4) 材料制造方面： 国外民机起 落架主结构的材料已采用 300M 钢 以及钛合金材料， 而我国目前只有少 数机种起落架采用了 300M 钢， 国产 民机起落架还未采用这种材料， 在主 要承力构件上还没有。