飞机起落架位置误差计算与分析

起落架是飞机起飞、着陆、滑行和地面支撑停放的重要部件，它的收上与放下由收放机构的运动实现。为保证收放机构运动灵活，其运动副必然存在间隙，且该间隙随着起降次数的增多而增大。收放机构运动副间隙会使起落架产生位置误差，引起起落架性能恶化。随着起落架位置误差的增大，其性能恶化程度急剧增加。老龄飞机中，因起落架位置误差过大而导致起落架组件故障的事件多次发生。因此，起落架位置误差必须适时检查与控制，以防止位置误差过大而危及飞行安全。部分通用飞机的维护资料中，仅给出起落架收放机构运动副间隙的许可值，未给出起落架位置误差的许可值，故只有在飞机高级别定检维护中，将起落架从飞机上拆下，完全分解收放机构后，通过对运动副间隙进行检测，才能实现对起落架性能的评估，无法在- 般定检维护以及 日常维护中，直接在位检测位置误差而对起落架性能进行评估 ，导致起落架性能恶化而不能及时发现，构成飞行安全隐患。

目前，已有学者对起落架收放机构进行了运动2013年2月21日收到 中国民航飞行学院科学基金项目(J2011-1O)资助第-作者简介：吴 江(1976-)，男。中国民航飞行学院飞机修理厂高级工程师，工学硕士。研究方向：航空器维修与故障预测。E-mail：wjcafc###126.corno分析与仿真研究，但通常未考虑运动副间隙〖虑运动副间隙的情况下，研究收放机构运动副间隙与起落架位置误差之间的关系，尚未发现相关文献 。为此，本文基于连续接触模型，建立起落架位置误差计算的数学模型，给出数值计算实例和分析，并进行工程应用与验证，旨在提出-种起落架性能评估和维护的新方法，以提高起落架的维护效率和安全运行的可靠性。

1 起落架位置误差计算模型起落架收放机构的运动简图如图1所示，作动筒活塞杆 4为主动件，在液压力的驱动下，活塞杆41-起落架；2-可折撑杆下杆；3-可折撑杆上杆4-作动筒活塞杆 ；5-作动筒外筒图1 起落架收放机构运动简图科 学 技 术 与 工 程 13卷伸长与收缩，实现起落架 1的放下与收起。收放机构中，共有6个转动副和1个移动副，其中转动副由滑动轴承构成。

1.1 起落架位置方程在理想状态(不含运动副间隙)下，建立起落架位置方程。根据图2中的封闭图形 ADGBA得矢量方程为ADLDGLG日LBA0 (1)根据式(1)得投影式为f c。s Loccos0LcBcos0LsAcos0：0 sin DGsin0Lc8sin L蹦sin6 0根据图2中的封闭图形 BHCB得矢量方程为L曰HL脚 ，c ∞ 0 (3)根据式(3)得投影式为：fLBHcos9 i LH L c)cos0LcecOs08c 0LBMsin0舢(L肼L，c)sin ∞sin0 G0 (4)0.8 叮T -001.2 收放机构静力分析收放机构的静力分析是基于如下条件：①不含运动副间隙(理想状态)；②作动筒处于液锁状态，起落架静止在某-位置；③负载 F施加于机轮中心，且位于收放机构运动平面内。综上可得，起落架和可折撑杆上杆的静力分析分别如图3(a)、(b)所示，其中 G为起落架 自重，重心位于E点。

图2 起落架位置分析图根据图3(a)，由起落架的力与力矩平衡条件得出投影式为f∑ 1cosoa1 1co 21FcospF0I∑ 1sinoA1 1sinq21FsinqF-G0l∑M sin( - ) Laosin(q2 - )- cos 0(5)式(5)中，在载荷 F的作用下，起落架产生逆时针旋转趋势时， 1T；产生顺时针旋转趋势时，， ： oo。

图3 收放机构静力分析图l8期 吴 江，等：飞机起落架位置误差计算与分析根据图3(b)，由可折撑杆上杆的力与力矩平衡条件得出投影式为∑FxFR2seoso23F脚c0sgo43 脚cos ∞ 0∑FyF勉3sino23FR4Ssintp43F船3sin B30∑MFR23L∞sin(o23-oo)科 3L加sin(o43 - )0(6)式(6)中，在载荷 F的作用下，起落架产生逆时针旋转趋势时， 3oo1r， 2 oo；产生顺时针旋转趋势时， 4304o， 23oo竹。

1.3 起落架位置误差文中所讨论的起落架位置误差为：作动筒在某- 位置处于液锁时，在负载 F的作用下，起落架的静态角位移误差 △ 。，，5O I -0 l，其中oo表示理想状态的起落架角位移，0：表示含运动副间隙的起落架角位移。

由于起落架收放机构中，作动筒活塞杆与作动筒外筒之间构成的移动副的间隙对起落架位置误差影响非常小，故不考虑该移动副间隙5]，文中涉及的运动副间隙为6个转动副间隙。基于连续接触模型，将转动副间隙视为无质量杆，其杆长为转动副间隙，间隙接触角与理想状态的转动副间的作用力方向相反，得出含转动副间隙的起落架位置误差分析如图4所示 。图4中， 、 、 、 、R 和 分别表示 、D、G、 、日和 c处转动副间隙，D 、 DG 、∞、 丑A、 肼、 饥 和 ∞分别与图2及式(2)、式(4)意义相同。

根据图4中的封闭图形AA DD-G GB BA得矢量方程为 LDRDDGRGL皿 R 0(7)根据式(7)得投影式为f"RACOS0'A1LADCOS0 [K(RDRG)LDG]cos0 I L曲cos0R口cosq弱LsACOSOAB0RAsin'A1LADsin0：[K(RDRG) 叩]sin I 佃sin RBsin 耶 sin6 0： 竹 ， ： ∞ 竹(8)图4 起落架位置误差分析图式(8)中，在载荷 F的作用下，起落架产生逆时针旋转趋势时，K-1；产生顺时针旋转趋势时，K1。

根据图4中的封闭图形 BCC 珊HB B得矢量方程为cRc，c脚R 明 R曰0 (9)根据式(9)得投影式为fLRccosO'sc[ ( cRH)LHf fC cosOll 日cos 册RBcoscp 0l 口csin0'Bc[ (RcR日)L脚L，c]sin0'4 ～ (10) 1船 2，rr -0ol 0ec 27r-08cJ， ，l 04叮r ：竹彤 式(1O)中，在载荷F的作用下，起落架产生逆时针旋转趋势时，K -1；产生顺时针旋转趋势时，K l。

已知起落架收放机构的结构参数和运动副间隙，求解起落架位置误差的计算方法如下：(1)按式(2)、式(4)作理想状态的起落架位置计算，求出oo、oo、0 、o4o。

科 学 技 术 与 工 程 13卷(2)按式(5)、式(6)作理想状态的起落架收放机构静力分析，求出转动副问的作用力方向角 、仍 。

(3)按式(8)、式(10)作含运动副间隙的起落架位置计算，求出0：、0 、0 、0 。

2 起落架位置误差计算实例2.1 位置误差计算与分析某飞行训练用小型飞机主起落架收放机构的结构参数为：LD176.8 mm、LDc157 mm、Lcn 190 mm、 鲫 118.6 mm 、LAF 733.4mm 、LAE 525.3 mm 、LBA 361.64 1Tim 、L，c 278 mm、LcB409.45 mm 、0o43。、0aB 161。、08 ：214。、G179.3 N，各转动副间隙许可值为：Rd ：0.04--0.1 mm 、RD 0.025---0.068 mm 、RG 0.02--0.056 mm 、R8 0.0325--0.084 iTlm 、RH 0.015-0.045 mm、Rc0.020.056 mm。设负载 F±200 N，0 0 -1.5盯即该负载始终与起落架轴线垂直。根据文中建立的起落架位置误差计算模型，利用 Matlab编写程序，对多种工况下的位置误差进行了计算。计算结果中的位置误差为机轮中心偏转的弧长位移之和，起落架位置为起落架轴线与铅垂方 向的夹角，即起落架处于放下位时为0。，收上位时为90。。

图5为依据各转动副间隙许可值，计算得出的起落架全行程的位置误差许可范围，a曲线为各转动副间隙最小时的位置误差 ，b曲线为各转动副间隙最大时的位置误差。据图5可知，如果各转动副间隙均在许可值内时，起落架在任何位置的位置误差均在曲线 。、6之间；如果起落架在某-位置处的位置误差未处于a、b曲线之间，则-定存在转动副间隙超出许可值。

吕鲁j1j账删图5 起落架位置误差范围图6(a)为假设6个转动副中，仅有 1个转动副含间隙时，计算得出的起落架位置误差，以表明各转动副间隙对起落架位置误差的影响。图6(a)中，曲线 1：R 0.5 mm，曲线 2：R 0.5 mm或Rc0.5 mm，曲线 3：RD：0.5 mm或 RG0.5mm，曲线 4：R 0.5 mm。据图6(a)可分析得出：①转动副 G和 D的间隙对位置误差的影响相同，转动副日和 c的间隙对位置误差的影响相同；②起落架处于放下位时，转动副 G和 D的问隙对位置误差影响最大，转动副 H和 c的间隙对位置误差影响最小；③起落架处于收上位时，转动副 日和 c的间隙对位置误差影响最大，转动副 A的间隙对位l账骂图6 转动副间隙对起落架位置误差的影响18期 吴 江，等：飞机起落架位置误差计算与分析置误差影响最小；④起落架在 0。～15。，转动副 曰的间隙会引起位置误差先急剧减畜急剧增大，其中约在4.5。处位置误差最小，依据此特点可快速判断转动副 的间隙情况；⑤起落架在0。～15。，转动副日和c的间隙引起位置误差急剧增大，依据此特点可快速判断转动副日和c的间隙情况；⑥起落架在全行程中，转动副 G、D和 的间隙对位置误差影响的变化较校图6(b)为假设6个转动副中，有 1或2个转动副间隙为最大许可值的2倍，其余间隙均为最小许可值时，计算得出的起落架位置误差，以表明各转动副间隙对起落架位置误差的影响。图6(b)中，曲线 l：R日0.164 mm，曲线 2： 日Rc0.202mm，曲线 3： DRc0.248 mm，曲线 4：R 0.2 mm。据图 6(b)可知，由于某-转动副间隙超出许可值，不-定会引起位置误差超出许可值。因此，在维护工作中，应基于实际位置误差和各转动副间隙情况，优化选择更换收放机构滑动轴承，不必对所有磨损超出许可值的滑动轴承进行更换。

2.2 工程应用与验证计算实例涉及的某型飞机的维护资料中，给出了起落架收放机构中各转动副的间隙许可值，未给出起落架位置误差许可值。因此，该型飞机在日常维护中，无法通过在位检测起落架位置误差而对起落架性能进行评估，运行中曾多次发生起落架组件故障事件。某飞行学院利用文中的研究成果，采用了如下方式对该型飞机起落架进行维护。维护人员在日常维护中，采用专用装置检测起落架在不同位置的实际位置误差，如果实测位置误差均在图 5所示的两条曲线之间，则起落架位置误差符合要求，即使存在滑动轴承磨损超出许可值，也不需更换；如果实测位置误差在某些位置未处在图5所示的两条曲线之间，则起落架位置误差不符合要求，此时利用图6所表达的转动副间隙对位置误差的影响特征，判断转动副的间隙情况，优化选择更换滑动轴承而使起落架位置误差在许可范围内。某飞行学院的应用情况表明，起落架位置误差计算与分析正确，结果与实际情况较吻合。利用此研究成果，不仅快速准确地判断滑动轴承的磨损情况，针对性地更换滑动轴承，提高了维护效率，降低了航材成本，而且较好地控制了起落架位置误差，避免了起落架组件故障，提高了安全运行的可靠性。

3 结论(1)工程应用情况表明，文中建立的起落架位置误差计算模型能正确反映转动副间隙与位置误差之间的关系，其计算分析结果与实际维护检查情况较吻合。

(2)利用收放机构各转动副间隙对起落架位置误差的影响特征，可通过在位检测位置误差而快速判断各转动副的间隙情况。

(3)在维护工作中，以控制实际位置误差为 目标，优化选择更换收放机构滑动轴承，不仅可以保证起落架安全运行的可靠性，还可以提高维护效率，降低航材成本。

(4)基于起落架位置误差模型，可完成各型飞机起落架位置误差与收放机构转动副间隙的定量计算，建立起落架位置误差检查标准，生成转动副间隙对起落架位置误差的影响特征，为维护人员提供-种起落架性能评估和维护的新方法。