8. 6 起落架的减震系统一、概述 飞机起落架的减震系统由减震器和轮胎组成其中减震器 （也称缓冲器）是所有现代起落架所必须具备的构件，也是最重要的构件某些起落架可以没有机轮、刹车、 收放系 统等，但是它们都必须具备某种形式的减震器而轮胎虽然也能吸收一部分能量，但仅占 减震系统总量的10% 15%当飞机以一定的下沉速度（一般“限制下沉速度”为3 m/s, 美国规定某些短距起落或海军用舰载机等可以更大些 ）着陆 时，起落架会受到很大的撞 击，并来回振动减震装置的主要作用就是用来吸收着 陆和滑行时的撞击能，以使作用到 机体上的载荷减小到可以接受的程度；同时须使振动很快衰减由以上功用对减震装置提 出如下的设计要求.（1）在压缩行程（正行程）时，减震装置应能吸收设计规要求的全部撞击能， 而使作 用 在起落架和机体结构上的载荷尽可能小在压缩过程中载荷变化应匀滑，功量曲线应充实 一一也即减震器应具有较高的效率.（2）为了减少颠簸或在伸展行程（反行程）中不出现回跳，要求系统在压缩行程中所吸收 的能量中的较大部分（一般应有 65% 80%左右）转化为热能消散掉3）为了让起落架能及时承受再次撞击，减震器应有必要的能量和伸展压力使起落架 恢 复到伸出状态，伸展放能时应柔和，支柱慢慢伸出，这样可消除回跳。
减震器完 成一个正、 反行程的时间应短，一般不能大于 o. 8s以上⑵，（3）项措施同时也对提高乘员舒适性有利4） 着陆滑跑时，根据各种飞机对所预定的使用跑道的通过性 （漂浮性） 要求，规定在 遇到某一高度的凸台和坑洼地时载荷系数不能超过允许值， （ 如某些次等级跑道的路 面 包含有76 mn高的凸台•以及一定波长和波幅的波形表面隆起）轮胎的弹性变形和弹性 力对吸收能量、减小载荷系数和提高滑行时乘员的舒适性等方面均起一定作 用，但是它不 能消耗能量二、减震器的类型 总的说减震器可分为两大类广类是由橡胶或钢制的固体“弹簧”式减震器；另一类 是使用 气体、油液或两者混合（ 通常称油气式）的流体“弹簧”式减震器利用橡胶、 钢弹簧 和气体作为介质的减震器是利用介质变形吸收撞击动能，靠介质的分子摩擦消耗能量，因 此这些减震器的热耗作用很小，只适用于轻型低速飞机以及后三点式起落架的尾乾.图8.24对不同类型减震器的效率V和效率/重量比作了比较v （ %） ‘A/ LS,其中A为减 震器在正行程中实际吸收的能量；I为正行程中受到的最大载荷；s为正行程中的最大行 程由团可知油气式减震器是目前效率/重量比 最高的减震器类型，其效率实际上可达到 80%一 90%之间。
图8. 25所示波音-737 主起落架的试验曲线表明其效率达到了 90%此 外它还具有很好的能量消散能力 因此现代飞机一般多采用泊气式减震器全泊液式减震器结构紧凑，尺寸小，效率 也可在 75%以上，设计得好可达到 90%但由于高液压而需要加强减震器的构件， 导致减 震器重量较大，且密封比较困难，目前在战斗机上有使用气体式减震器因 效率/重量比 低，耗散能量差，可靠性也较差，目前已不再使用 固体“弹簧”式 减震器虽因效率/重量比小，耗散能量少等缺点，一般在速度较高的现代飞机上基 本不采 用但仍应对其构造简单，工作可靠性高，维护要求低以及相应的低价格予 以应有的认识 对于某些轻型的简易飞机或多用途小飞机，若起落架不收放，此时通过综合考虑和折衷平 衡也有采用片簧式或橡胶压块式减震器如加拿大的 DHC— 6（ “双水獭”）飞机为涡 轮螺旋桨发动机短距起落的小型运输机，最大起飞重量为5. 6t它的不可收的主起落架 就采用了橡胶压块式减震器 （见图8. 26），前起 落架为油气式减震器该机于 1969 年改型后的 DHC— s—300 系列有二百余架投入了 使用由于油气式减震器是目前性能 最好、使用最广泛的减震界，下面我们将对它 着重讨论。
三、油气式减震器 油气式减震器通常由外筒、活塞筒、制动活门（反冲阀）、柱塞（阻尼孔支撑管）组成， 有的还带有油针，充气体（空气或氮气）和油液它的典型构造见图 8. 27当起落 架 受到撞击时，油液被迫通过一个或多个阻尼孔（也称油IL或限流孔）压缩气体，减震器 吸收能量在初始撞击之后，由压缩后的高压气体迫使活塞筒向外伸出这一反弹过程由 气体压力控制，它迫使油液通过一个或多个反弹阻尼孔流回油液腔假 如油液回流太快， 飞机将向上弹跳；如果油液回流太慢，会使支柱不能足够快地回到它的初始位置，将使高 频撞击（ 在滑行时可能出现）不能完全被阻尼1. 气体 气体起两个作用，一是减震支柱受载、气体被压缩时气体吸收能量，起缓冲垫和滑跑减震 作用二是撞击过后压力增大的气体将支柱重新顶出根据气体力学的知识和 活塞杆的受 力平衡可知（略去摩擦力影响情况下）F 活塞承受气压的有效面积；P 气体对活塞的总压力；一一气体匝缩过程的多变指数，它随气体在压缩过程中的热交换情况而 定：等温过程时为“绝热过程为1・4,在油气式减震器有一定程度的热交换，通常取n为 1. 2•由式（8・1）得出A一 S工作曲线下的面 积，故户。
一s图称功量图 从图8. 28可见，在吸收同样的撞击能A的情况下，若声不变，则Vo愈大，s将 愈大，减震OS愈软，若y不变，贝贬〉o愈小，s也愈大，减震器也愈软；反之亦然 由此可知，可以用调节V,或》o的方法来调节减 震器的行程s和软硬程度但是若只考 虑由气体工作则有以下缺点1） 它只能吸收能量，减小撞击过载，但不能消散能量.就像一般的弹簧一样，来回跳 动这样，对人员、结构、装载、设备等均不利.（2） 它的功量图中间凹下去，不够充实，吸能的效率低若需吸收同样的能量，效率 低 会使行程和末压力增大，从而导致减震器的尺寸和过载的增大为此，加进了油液和阻尼 孔装置2, 油波和阻尼孔的作用及对功量图的影响加进油液和阻尼孔后，在活塞运动的过程中油液就被来回挤过阻尼孔，使减震支柱运动时 受到的阻力增大；油液流经阻尼孔磨擦生热，将撞击能变为热能消散掉设油液流经阻尼 孔时受到的阻力为尸f,活塞运动时的机械磨擦力为P尸减震支柱上的外载为户那么由力的平衡关系可得到压缩行程时 户-二尸C+户，十户，伸展行程时尸：二户一户，一尸/ (8 . 5)图 8. 29为油液流经阻尼孔时的尸 J 一 5 曲线和加进阻尼孔后的功量图户。
s 曲 线 由上图可见，加进油液和阻尼孔的减震器吸收和消散的能量大为增加，从原理上解决丁纯 气体减震器的缺点但它尚有以下不足之处1) 在压缩过程中载荷不均匀，有忽高忽低的现象，甚至会在压缩行程初期就出现危 险过 载，并使飞机反跳.(2) 在伸展过程中消散的能量少为了理解这两个现象的起因，分析一下油液流经阻 尼孔 时的阻力特性根据流体力学知识可知 式中 vf ――活塞的运动速度； "--流量系数，与阻尼孔的形状、长度、油液粘性有关 (试验得出)，/――阻尼孔的面积；V/--油液流经阻尼fL的速度，y――油液比重由上述公式可知，巧越大或/越小，则户 J 就越大.刚着陆时擅击猛烈，活塞向上 运动速 度快，y,大，F,也很快增大，功量曲线猛升，形成了大的过载紧接着由于撞击能被大 量吸收，活塞运动遇到很大阻力，因而YP很快小下来，vl减小，户J也就随着迅速降下 来这时，恬塞运动的阻力也大大减小，剩余的能量继续推活塞向上，V/又逐渐增大，V/ 及尸 J 也逐渐增高，最后达 到终点.这样，就形成了减震器压缩过程中载荷不均，忽高忽低，未到最大行程就 出现大 的过载，影响了功量曲线的匀滑和功量图的充实度. 7L 面积进一步减小，以增大伸展行程中的油孔阻力，从而增加能量的耗散。
有时为了使飞机在地面运动时较为平 稳，在初始一段减震 OS 小压缩量的行程中加大油孔面积，使不产生油液阻力， 而只是气 体作功，这段行程称为自由行程，以S表示，S反映了跑道路面的不平度(田8. 31(左 图)) 实际减震器的功量图如图 8. 31 所示.通常我们用两个系数 来表示减震器性能的好 坏1)效率系数(或称充实系数)用V表示，从功量图上看，它表示了功量曲线的充实度，也即 表示该减震器吸能效率的大小.(2)热耗系数(或称滞后系数)用x表示，从功量图上看表示了压缩和伸展曲线所围成 面积 的大小程度，反映了减震器消散能量的能力大小一实际耗能量一面积 Cde/‘实际吸能量面积 CdgO显然有油孔和变油孔（变阻尼TL）装置的减震器这两个系数都比较大4双动式 （双腔式） 油气减震器（图 8. 32） 这是一种具有低伸展压力，滑行舒适，可在高低不平的土质跑道上使用的油气式减 震器， 在 c—5A 飞机的土起落架和前起落架上均采用这种减震器这类减震器有两 个气室，其 中主气室同于一般减震器的气室；另有一副气室在主活塞部、浮动副活塞的下面，这个气 室预先亢上的气压要超过起落架上所承受的最大静载荷 （ 相应于图o. 32 （b）上的D点）。
当行程和载荷超过与D点相应的值时，主、畐U气室均工作 从 0 点开始，如果继续缓慢加载，副活塞开始工作，减震器的载荷行程将沿曲线月 变 化，丑曲线段“弹簧”系数接近于常数，且载荷的增量接近于行程的增量图 8.32（b） 中 的曲线AA相当于假设副活塞被卡住，只有主气室起作用时的情况；AB曲线为双动式减 震器正常工作的情况；而 C 曲线相当于加长型的单腔减震器的工作曲线从 图上可看出 当载荷系数由1. o增大到2. o时，双动式减震器的行程增量值和能量增量值均大于AA 或 C 曲线相应的情况（见表 8. 2） 换言之，它在遇到同样的凸台 和坑洼地时，相应的 载荷增量会较AA和c曲线情况要小总的说双动式减震器的载荷与行程响应较一般的减 震器好得多，但由于它的总体效率有所下降，维护程序复杂，价格高且稍重一些，因此对 在比较平滑的跑道上使用而不需要在高低不平的 土质跑道上使用的飞机，宁肯使用单腔式 油气减震器三、全油液式减震器 全油液式减震器的构造（图 8. 33） 与油气式基本相同，不过没有气体在全伸屉的 状 态下，筒腔全部充满液体减震 ee 工作时，油液被来回挤压流过油孔而起到吸功 散能、 缓冲减震作用。
着陆撞击时活塞杆上行，油室容积减小，油液被压缩而吸 09减震；同时油液被挤过油孔，摩擦生热而消能减震当压力大过某一定值时，定压 活门被 冲开，增大了流油孔的面积，减小了流油阻力，从而减小于过载，伸展时油液推活塞杆下 行，并关闭了定压活门，减小于流油孔面积，提高于流油阻力.由此， 功量图得到了改善， 可以设计出高效率的减震器，据资料介绍，曾经有减震器效率 达到了 97%{£?vt?J画乱旳全油鞍贰感■肆“丿儿宣血西鬥止时看兄压梧门忙对保蓼豊屈1-Affli —居盘*Ti 3 pMfifLF 4定広擀门，总—啬封裝■应用表明，全油液减震器几乎适用于所有型式的起落架由于它的结构紧凑特别 适用 于摇臂式起落架，对于机身离地面较近的起落架更有利，已应用于各类飞机特别在一 些战斗机上，由于空间紧凑和限制较多，更适合使用全油液减震器，如米格一23、F—104 和加拿大的CF-100,其他如C—120喷气客机等•但这种减震器的油液压力太高（压可 高达350 MPa以上），须要高压密封装置，目前这类密封装置的摩擦系数比较高，维护 上不太理想，常会在密封盖处漏油；还要考虑经久耐用，因而重量比较大，又低温时液 体溶剂的改变会影响减震器性能，因此限制了它的使用。
四、自适应减震器的研究现代飞机由于重量增加‘起飞和着陆滑跑速度增大，跑道不平度引起的起落架和机 身的 动响应载荷等已成为影响起落架承力结构寿命的主要因素因而研究起落架缓冲系统动 响应载荷的理论计算方法，控制非线性振动系统中的主要参数，以求。