飞机起落架收放作动筒内锁设计参数的研究
2024-07-07
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2016年4月 机械设计与制造工程 Machine Design and Manufacturing Engineering Apr.2016 Vo1.45 No.4 第45卷第4期 DOI:10.3969/j.issn.2095—509X.2016.04.017 飞机起落架收放作动筒内锁设计参数的研究 侯 聿 ,张 明 ,苑强波 ,李志国 ,徐冉 ,康晨程 ,肖 杰 210016) 110035) (I.南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,江苏南京(2.沈阳飞机设计研究所,辽宁沈阳摘要:在飞机起降时,起落架作动筒内的指型锁会被锁定,以便固定起落架的位置,因而它是关系 到起落架收放成功与否的关键机构。为了研究指型锁在正常情况下脱开、卡住时不同设计参数 对其轴向力的影响,设计了指型锁脱开、卡住轴向力测试实验,同时将不同设计参数的指型锁与 原型锁的脱开、卡住轴向力进行对比。实验结果表明:指型锁的长度,J、外直径 、内直径咖:和接 触角度 对轴向力的影响较大,指型锁的瓣数和材质对轴向力的影响较小,实验结论为同类型作 动筒指型锁的设计提供了参考。 关键词:指型锁;起落架;设计参数;力学性能 中图分类号:V226 文献标志码:A 文章编号:2095—509X(2016)04—0074—06 起落架…是飞机起降时的重要机构,当起落 架收放时,锁机构 会完成锁定来实现起落架的 定位,飞机才可以安全起降,因此起落架锁机构是 起落架的一个重要部件,其能否正常工作 3 直接 关系到飞机的起降安全_4 J。锁机构的可靠性 和安全性直接影响飞机的起降安全,许多研究 者[卜 对锁机构进行了各个方面 的研究。本文 将从设计参数人手,以某型飞机的起落架作动筒内 不同设计参数的指型锁为研究对象,运用实验的方 式模拟真实的起落架收放过程中锁机构的脱开、卡 住过程,通过与001原型锁(基准件)在脱开、卡住 图1指型锁 过程中轴向力的对比分析,探讨了不同设计参数对 锁机构脱开、卡住的拉伸、压缩轴向力的影响。 型锁在 动筒内 指型锁锁定 并定位 1 实验过程 1.1指型锁介绍 本实验采用的指型锁 如图1所示。 该指型锁主要依靠的是像手指一样的分离夹 头来实现脱开与卡住的,并且在起落架处于放下位 置时起作用,所以被命名为指型下位锁。一般安装 在活塞杆内,通过抓紧活塞而将外筒锁紧,从而实 现解锁与上锁。它在起落架机构中的位置和工作 状态如图2所示。 (a)解锁状态 (b)上锁状态 图2锁机构工作状态图 计,其构造虽然比较轻巧,但是却能承受很大的载 荷。 根据不同的需要,锁机构的夹头有不同的设 收稿日期:2015一l2—28 作者简介:侯聿(1986一),男,山西长治人,南京航空航天大学硕士研究生,主要研究方向为飞行器设计专业飞机起落装置设计。 ·74· 2016年第4期 侯聿:飞机起落架收放作动筒内锁设计参数的研究 实验共使用了8个不同型号的指型锁,这8个 型号指型锁的区别是:001指型锁为原型锁,作为 基准型号,其他型号指型锁在以下6个参数——指 型锁的长度 、指型锁的瓣数、整体的外直径咖。、内直径咖:、材质和凸起角度 中有一个与001指型 锁不同,而另外5个参数保持不变。详细设计参数 见表1。 001指型锁是基准件,其他型号指型锁各有一 表1 各指型锁设计参数表 个设计参数与001指型锁不同,它们将分别与001 指型锁进行对比实验。其中003指型锁与001指 基座被固定。通过拉压测试机控制软件设置试验 参数,拉力为正,压力为负。设置不超过100N/s的 实验速度,以准确模仿飞机起落架作动筒的收放过 程。 型锁的材质不同,分别为30CrMnSiNi2A和 40CrNi2si2MoVA_l引,它们都是合金碳钢,在飞机的 起落架中被广泛采用,都具有良好的淬透性和切削 加工性,其力学性能参数见表2。 表2两种合金碳钢的力学性能参数 首先,通过设备端的设置,控制加载设备,让指 型锁先向上移动40ram,然后再原路径返回至起始 位置,即完成一个行程的脱开、卡住。其中,上升过 程为拉伸行程,返回过程为压缩行程,最后导出此 过程的轴向力曲线。 指型锁脱开、卡住状态如图4所示。 1.2实验过程 根据实验件的几何尺寸和加载设备的结构特 点设计实验夹具,实验夹具的主要结构为上基座与 下基座。通过与上下基座的连接,指型锁被安装在 加载设备上,如图3所示。 (a)指型锁脱开状态 (b)指型锁卡住状态 图4指型锁脱开、卡住实验图 1.3实验过程受力分析 夹具与指型锁装配完成后,对整个接触过程进 行分析,实验中,主要的作用力为摩擦力与法向压 力,它们之间的相互关系符合摩擦力第一定律。如 图3指型锁夹具安装图 图5所示,基座固定不动,指型锁在轴向力P ,P 实验过程中,上下基座分别与加载设备的上下 的作用下实现脱开、卡住。脱开过程中,指型锁受到 的轴向力P 是拉力,在此过程中,指型锁克服由法 向力Ⅳl产生的摩擦力 而向上移动,移动40mm ·加载端通过螺栓连接。其中上基座是可移动的,下 75· 2016年第45卷 机械设计与制造工程 后停止,完成脱开过程;卡住过程中,指型锁受到的 轴向力P 是压力,在此过程中,指型锁克服由法向 力Ⅳ2产生的摩擦力I厂2而向下移动,移动40mm后 正好回到初始的卡住位置,完成卡住过程。 l 卡住 一压●榧 q lI(b)脱开过程受力分析 (c)卡住过程受力分析 图5 指型锁脱开、卡住实验受力分析 2实验结果分析 通过以上的实验,可以得到8个型号指型锁的 轴向力曲线图,将除001指型锁以外的7个指型锁 的轴向力曲线图分别与001指型锁的轴向力曲线 图进行对比,得到这6个参数各自对指型锁脱开、 卡住轴向力的影响。 2.1 指型锁长度L作为变化参数的对比实验 009/011指型锁与001指型锁的设计参数中 长度L不同,其他5个设计参数相同。将001/009/ O11指型锁在脱开、卡住过程中的轴向力数据分别 导出并作图分析。其脱开、卡住轴向力的曲线对比 图如图6所示。 由图6可知,009指型锁的长度比001和O11指 型锁都小,其脱开、卡住轴向力的最值比001和011 指型锁都大;011指型锁的长度比001和009指型锁 都大,脱开、卡住轴向力的最值比001和009指型锁 都小;当指型锁位移大于8mm时,009指型锁的脱 开、卡住轴向力比001和011指型锁明显增大,001 和O11指型锁的脱开、卡住轴向力差别不大。因此, 指型锁长度 与脱开、卡住轴向力的大小成反比,即 指型锁的长度越大,锁的脱开、卡住轴向力会越小; ·76· 长度越小,脱开、卡住轴向力会越大。 位移/mm (a)脱开过程轴向力对比图 I, Ⅳ一 - 位移/ram (b)卡住过程轴向力对比图 图6 001/009/011脱开、卡住轴向力对比图 2.2指型锁瓣数作为变化参数的对比实验 019与001指型锁的设计参数中瓣数不同,其他 5个设计参数相同。将019/001指型锁在脱开、卡住 过程中的轴向力数据分别导出并作图分析。它们的 脱开、卡住轴向力的曲线对比图如图7所示。 位移/mm (a)脱开过程轴向力对比图 位移/mm (b)卡住过程轴向力对比图 图7 019与001脱开、卡住轴向力对比图 l2016年第4期 侯聿:飞机起落架收放作动筒内锁设计参数的研究 由图7可知,019指型锁的瓣数比001指型锁 少,其脱开、卡住轴向力的最值比001指型锁稍大; 当指型锁位移大于8ram时,019指型锁的脱开、卡 住轴向力明显大于001指型锁。因此,当指型锁的 位移小于8ram时,瓣数对脱开、卡住轴向力的最值 没有太大的影响,但是当指型锁的位移在8ram后 时,瓣数越小,摩擦力会越大,导致脱开、卡住轴向 力变大。 2.3指型锁直径 ,作为变化参数的对比实验 013指型锁与001指型锁的设计参数中外直 径 ,不同,其他5个设计参数相同。 ,主要影响的 是指型锁的壁厚, 。越大指型锁的壁厚越薄。将 013/001指型锁在脱开、卡住过程中的轴向力数据 分别导出并作图分析。它们的脱开、卡住轴向力的 曲线对比图如图8所示。 位移/arm (a)脱开过程轴向力对比图 位移/arm (b)卡住过程轴向力对比图 图8 013与001脱开、卡住轴向力对比图 由图8可知,013指型锁的壁厚比001指型锁 薄,对比它们的脱开、卡住轴向力的最值,013指型 锁比001指型锁小50%左右;当指型锁位于8mm 到18ram的阶段时,它们的脱开、卡住轴向力基本 没有差别;18mill后,013指型锁的脱开、卡住轴向 力比001指型锁小。因此,直径 ,与脱开、卡住轴 向力的大小成反比,并且主要影响斜面接触的两个 阶段,直径 。越大,锁的脱开、卡住轴向力就越小, 并且减小趋势明显。 2.4指型锁直径 作为变化参数的对比实验 017指型锁与001指型锁的设计参数中内直 径 :不同,其他5个设计参数相同。咖:主要影响 的是指型锁凸起的厚度, :越大指型锁凸起的厚 度越小。将017/001指型锁在脱开、卡住过程中的 轴向力数据分别导出并作图分析。它们的脱开、卡 住轴向力的曲线对比图如图9所示。 位移/mm (a)脱开过程轴向力对比圈 位移/arm (b)卡住过程轴向力对比图 图9 017与001脱开、卡住轴向力对比图 由图9可知,017指型锁凸起的厚度比001指 型锁小,其脱开、卡住轴向力的最值明显小于001 指型锁;当指型锁位移大于8mm时,017指型锁的 脱开、卡住轴向力也小于001指型锁。因此,指型 锁直径 与脱开、卡住轴向力的大小成反比,并对 整个过程都有影响,直径咖 越大,锁的脱开、卡住 轴向力就越小,在整个过程中都会减小,且减小明 显。 2.5指型锁凸起角度 作为变化参数的对比实验 021指型锁与001指型锁的设计参数中凸起 角度 不同,其他5个设计参数相同。 主要影响的 是指型锁凸起的角度, 越大指型锁凸起的角度越 大。将021/001指型锁在脱开、卡住过程中的轴向 力数据分别导出并作图分析。它们的脱开、卡住轴 向力的曲线对比图如图10所示。 由图l0可知,021指型锁的凸起角度比001 指型锁大,它们脱开、卡住轴向力的最值发生的位 ·77· 2016年第45卷 机械设计与制造工程 7 000 6 000 5 000 4 Ooo 3 000 囊21 000 000 0 -1 000 .2 000 位移/mm (a)脱开过程轴向力对比图 7 000 6 000 5000 4 000 3 000 墨2000 l 000 O .1 000 .2 000 位移/mm (b)卡住过程轴向力对比圈 图10 021与001脱开、卡住轴向力对比图 置不同,021指型锁的最值比001指型锁更接近指 型锁位移的原点位置且021指型锁的最值比001 指型锁明显增大;在其他阶段,两个型号的指型锁 脱开、卡住轴向力没有明显区别,趋于一致。因此, 指型锁凸起角度0主要影响脱开、卡住轴向力的位 置与最值,并与最值成正比,即锁的凸起角度0越 大,脱开、卡住轴向力的最值越大,并且增大的趋势 明显。 2.6指型锁的材料作为变化参数的对比实验 003指型锁与001指型锁的材质不同,其他5 个设计参数相同。将003/001指型锁在脱开、卡住 过程中的轴向力数据分别导出并作图分析,它们的 脱开、卡住轴向力的曲线对比图如图11所示。 由图11可知,003指型锁与001指型锁的材 料不同,其主要区别是杨氏模量略有差别,在整个 脱开、卡住过程中,它们的脱开、卡住轴向力基本没 有差距,趋势基本一致。因此,这两种材料对脱开、 卡住轴向力的影响较小。 3结论 本文以8种不同型号的指型锁为研究对象,研 究了6个设计参数对指型锁脱开、卡住阶段轴向力 的影响,得到以下结论: 1)实验结果分析表明,在脱开的过程中,轴向 ·78· 位移/arm (a)脱开过程轴向力对比图 位移/mm (b)卡住过程轴向力对比图 图l1 003与001脱开、卡住轴向力对比图 力首先是拉力,并且随着指型锁位移的增加,拉力 迅速增大,在指型锁基座的直径最大处轴向拉力达 到了最大值。轴向力达到最大值之后,该力便会迅 速减小,在指型锁通过基座的垂直平面后,指型锁 轴向力变成压力并且此处(即各指型锁脱开、卡住 轴向力对比图中横坐标为18mm的位置)为压力的 最大值,由于基座的直径由18mm的位置开始逐渐 变小,因此压力也逐渐减小,直到指型锁与基座分 离,此时轴向力变为零;卡住过程正好与脱开过程 相反,轴向拉力和压力的最大值位置与脱开过程相 同,但是卡住过程的压力最大值比脱开过程的大, 拉力的最大值比脱开过程的小。 2)指型锁的6个参数中,有4个参数对脱开、 卡住过程中轴向的拉压力产生了明显了影响,即锁 的长度 、整体的外直径 、内直径 和凸起角度 0,其中L, 。, 与轴向力成反比,0与轴向力成正 比并且会影响最值发生的位置;另外2个参数的改 变对指型锁的最值影响较小,其中瓣数主要影响指 型锁位移在8ram后的轴向力,而指型锁材料的改 变对整个脱开、卡住过程基本没有影响。 参考文献: [1] CURREY N S.Aircraft Landing Gear Design:Principles and Practices[M].Reston,US:American Institute of Aeronautics 2016年第4期 and Astronautics,1988. 侯聿:飞机起落架收放作动筒内锁设计参数的研究 析[J].北京航空航天大学学报,1995(4):18—23. 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[6] 顾长鸿,盛一兴,张树林.飞机起落架上位锁机构可靠性分 Research on the parameters design of inner lock for the aircraft landing gear retract actuator HOU Yu ,ZHANG Ming ,YUAN Qiangbo ,LI Zhiguo ,XU Ran ,KANG Chencheng。,XIAO Jie (1.Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense—Advanced Design Technology of Flight Vehicle,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Jiangsu Nanjing,210016,China) (2.Shenyang Aircraft Design Institute,Liaoning Shenyang,1 10035,China) Abstract:During the aircraft taking off and landing,the ifnger lock,which is in the aircrfta landing gear retract actuator,will be locked in order to ifx he tposition of the landing gear.It is a key mechanical structure to landing gearg successful work.In order to research finger lock ̄effects of diferent design parameters on the axial force in the normal taking off and locking condition,it defines the ease and the experiment of ifnger lock axial force in taking off and locking condition,compares six kinds of diferent design parameters of finger wih No.001t axial force in taking off and locking condition.The result shows hatt the effects of ifnger lockg length L,outer diame— ter,inner diameter and contact angle 0 of axial force are larger.Petal number and the two diferent materilsa have litlte effects on the axial force.This conclusion provides a reference or fthe future desin gof the saine type of lock. Key words:finger lock;landing gear;desin pargameters;mechanical property ·79·