李 薇，郭 輝，韓持剛，于新鵬

(中航飛機起落架有限責(zé)任公司，陜西 漢中 723200)

撐桿作為主起落架的一個關(guān)鍵組件，與機身連接，承擔(dān)著主起落架部分沖擊載荷，起著主起支柱與機身間載荷傳遞，約束支柱外筒相對機身轉(zhuǎn)動的作用。起落架放下時，撐桿展開并上鎖將主起支柱鎖定在放下位置，從而使其能夠承受航向和垂向載荷；主起支柱收上時，撐桿在主起撐桿作動筒(以下簡稱撐桿作動筒)的驅(qū)動下開鎖后折疊，與主起支柱協(xié)調(diào)運動，一同收入主起落架艙內(nèi)。其穩(wěn)定性對主起落架的收上、放下過程起著關(guān)鍵作用，并直接影響著飛機的起飛、著陸安全。因此，找到影響撐桿穩(wěn)定性的因素并進行控制，對飛機的安全性能至關(guān)重要[1-2]。

1 撐桿的工作機理

1.1 撐桿的結(jié)構(gòu)組成

撐桿主要由上撐桿組件、下?lián)螚U組件、連桿、搖臂、撐桿作動筒、接頭、鉸接螺栓和螺母等零件組成(見圖1和圖2)，成對安裝在飛機主起支柱上。組成撐桿的零組件基本一致，僅個別零件因結(jié)構(gòu)左右對稱有所區(qū)分。

圖1 上鎖狀態(tài)

圖2 開鎖狀態(tài)

上撐桿一端雙耳片與安裝在機身上的接頭鉸接，另一端雙耳片與下?lián)螚U鉸接，中部設(shè)有與搖臂連接的孔及安裝地面安全銷的通孔。下?lián)螚U未與上撐桿連接的一端單耳片與主支柱上的接頭鉸接。鉸接的上、下?lián)螚U設(shè)有向上的偏心距e1=(6.2±0.3) mm，連桿和搖臂設(shè)有向下的偏心距e2=(7±0.5) mm，偏心距可通過調(diào)整連桿的長度及調(diào)節(jié)片的厚度保證。

1.2 撐桿的工作原理

1.2.1 放下主起落架時撐桿的上鎖及展開原理

飛機主起落架放下過程中，在放下作用力的驅(qū)動下，上、下?lián)螚U展開，當(dāng)連桿和搖臂鉸接點的偏心距e2變?yōu)?時，上、下?lián)螚U的展開受到限制，此時一直作用在搖臂上的撐桿作動筒的彈簧力會使搖臂產(chǎn)生順時針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)搖臂轉(zhuǎn)動到與上撐桿止動時，偏心距e1、e2最終形成，撐桿鎖上鎖(見圖1)，將主支柱鎖定在放下位置。

1.2.2 收起主起落架時撐桿的開鎖及折疊原理

飛機收起主起落架時，撐桿作動筒在液壓力的作用下回縮，帶動搖臂逆時針轉(zhuǎn)動，使e2值減小；當(dāng)e2值減小至0并開始變?yōu)樨?fù)值時，撐桿鎖實現(xiàn)開鎖(見圖2)，并在主起支柱收上的作用力驅(qū)動下向上折疊，與主起支柱協(xié)調(diào)運動，一起收入起落架艙內(nèi)。

2 撐桿偏心距的調(diào)整

2.1 傳統(tǒng)偏心距調(diào)整方式

傳統(tǒng)撐桿調(diào)整方式，主要借助工藝裝備(專用檢測裝置、專用裝配夾具、工藝銷軸以及專用工藝連桿)將以上零組件在平臺上按設(shè)計圖樣組裝起來(組件鉸接原理如圖3所示)，通過高度尺和塊規(guī)進行尺寸檢測分析。在偏心距調(diào)整過程中，需頻繁調(diào)節(jié)連桿中心距及墊片厚度，保證設(shè)計要求的偏心距e1=(6.2±0.3) mm和e2=(7±0.5) mm。傳統(tǒng)方法調(diào)整繁瑣，調(diào)整耗時長且效率較低。

圖3 組件鉸接原理示意圖

2.2 基于CATIA軟件尺寸驅(qū)動的偏心距調(diào)整

在CAITA軟件零件設(shè)計模塊中，按零組件關(guān)聯(lián)的孔心距名義尺寸及相關(guān)角度構(gòu)建裝配關(guān)系(見圖3)，通過尺寸驅(qū)動獲得e1、e2值?？蓪⒒w尺寸選為變量，每次遞增0.01 mm，分別對e1、e2進行測量，通過數(shù)據(jù)(見表1)和擬合線圖(見圖4)可知：任一零件基本尺寸變化與偏心距大小變化呈線性比例。搖臂組件上的尺寸(110±0.05) mm變化、連桿上的尺寸84.5～85.5 mm的變化與e1、e2的變化比例相同，均為1∶0.2∶6的比例關(guān)系，對偏心距值的影響也最明顯；上撐桿組件上的尺寸(40±0.05) mm變化和下?lián)螚U組件上的尺寸(55.1±0.05) mm變化對偏心距值的影響偏?。槐?中e1與e2值的變化均為反比，即e1越大，e2越小。

表1 基本尺寸對偏心距的影響

(續(xù)表)

a)偏心距e1

b)偏心距e2

在設(shè)定e1、e2值的大小時，同樣采用尺寸驅(qū)動求解法，求解連桿中心距大小。此時，角度57.17°為封閉環(huán)，其余尺寸鏈約束不變，同時改變e1和e2，通過尺寸驅(qū)動可測量出連桿中心距與角度新值(見表2)。

表2 偏心距對連桿中心距、角度57.17°的影響

通過上述分析可知，更換搖臂組件和連桿可快速調(diào)節(jié)出撐桿所需偏心距，并且變化比例接近1∶0.2∶6，而更換上、下?lián)螚U調(diào)節(jié)撐桿偏心距效果不佳。值得注意的是：搖臂組件的中心距公差只有0.1 mm，調(diào)節(jié)范圍小，而連桿的公差為1 mm，調(diào)節(jié)范圍大，因此連桿調(diào)節(jié)偏心距是偏心距調(diào)整最快捷且裝配效率最高的工藝方法。

3 撐桿在承壓試驗中的穩(wěn)定性分析

3.1 撐桿承壓試驗

可折撐桿及撐桿鎖設(shè)有微小偏心距，以保證受載時穩(wěn)定可靠，不因受載變形而開鎖。若偏心距值過小，撐桿受壓時會因變形或安裝誤差使偏心距值小于零而開鎖；若偏心距值過大，則會引起較大的附加載荷。在起落架放下時，撐桿展開并上鎖將主起支柱鎖定在放下位置，從而使主支柱能夠承受航向和垂向載荷。撐桿連接簡圖如圖5所示。

3.2 撐桿承壓試驗穩(wěn)定性分析

撐桿的主要承力件中除撐桿作動筒為彈性組件外，其他均為剛性零件。在承受壓載荷時，偏心距e1是依靠偏心距e2進行支撐，而e2是依靠撐桿作動筒鎖定的，因此需要考慮撐桿作動筒裝配后對e2的支撐力[3-5]。

撐桿作動筒支撐力：

F彈=KX

(1)

式中，K是彈性系數(shù)；X是彈簧壓縮長度。

圖5 撐桿連接簡圖

通過式1可知，在彈簧選定后，彈簧的壓縮量是決定作動筒支撐力的關(guān)鍵因素。在保證撐桿偏心距e1、e2在(6.2±0.3) mm、(7±0.5) mm范圍內(nèi)進行承壓試驗來驗證產(chǎn)品穩(wěn)定性。將撐桿放置在曲線機上，保持上撐桿與壓力機連接部位不動的情況下，通過壓力機油缸上升產(chǎn)生壓縮載荷，同時將百分表端頭放置在上、下?lián)螚U聯(lián)接螺栓部位，檢測在載荷達到206 kN的過程中，e1變化量≤0.7 mm[6-10]?，F(xiàn)將撐桿的穩(wěn)定性轉(zhuǎn)化為在承壓試驗中偏心距e1的變化量，可調(diào)整作動筒的壓縮量>1 mm時觀察其對撐桿穩(wěn)定性的影響，檢測偏心距e1變化量(見表3)。

表3 作動筒壓縮量在承壓試驗中的影響

上述4種工況試驗數(shù)據(jù)的線性回歸分析如圖6所示。由圖6可知：P=0.279>0.05，線性關(guān)系不明顯，即在保證作動筒彈簧存在壓縮量的情況下，調(diào)整壓縮量的大小對e1偏心距變化量沒有決定性影響，但撐桿作動筒在較小或無壓縮量進行裝配時對撐桿穩(wěn)定性影響較大。

3.3 鉸接點位配合間隙對撐桿穩(wěn)定性的影響

在給定零件材料、幾何形狀的情況下，組件的裝配間隙也是影響偏心距變化量的重要因素。為此，進行了4組工藝試驗，通過改變4個關(guān)鍵鉸接點(見圖3)聯(lián)接螺栓的外徑值，分析e1偏心距變化量。用于試驗的螺栓編號為A1、B1、C1、D1，按不同直徑分為8組(共32項)，其直徑尺寸及組別詳見表4。

圖6 作動筒彈簧壓縮量與e1變化量的線性回歸分析

表4 直徑尺寸及組別

試驗前，通過調(diào)整止動墊圈厚度或連桿尺寸，使偏心距滿足e1=(6.2±0.3) mm、e2=(7.0±0.5) mm，確保4處鉸接點位零件內(nèi)孔尺寸一致。任意選取表4中8組不同鉸接間隙的螺栓進行承壓試驗，其線性載荷F下的偏心距變化量Δe1見表5。表5中，Δe1為正表示百分表是順時針轉(zhuǎn)動，偏心距增大；反之偏心距減小。

表5 8組不同鉸接間隙撐桿承壓試驗結(jié)果

(續(xù)表)

8組載荷F與偏心距變化量Δe1一元回歸分析如圖7所示。由圖7可知：P<0.05回歸方程顯著，偏心距變化量Δe1對載荷F的影響占9.64%，鉸接零件配合間隙對撐桿穩(wěn)定性的影響較為顯著，撐桿在受到相同載荷時，間隙越小，撐桿的穩(wěn)定性就越高。

圖7 F-Δe1一元線性擬合圖與回歸方程

4 結(jié)語

撐桿穩(wěn)定性由2項指標(biāo)決定：第1項指標(biāo)為依靠上、下?lián)螚U及連桿、搖臂建立起的偏心距e1、e2；第2項為撐桿在承載(停機時承受飛機載荷)時偏心距e1的穩(wěn)定性指標(biāo)。通過機構(gòu)工作原理、穩(wěn)定性試驗分析可知，采用尺寸驅(qū)動計算偏心距e1、e2可提高偏心距調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和高效性。雖然在給定零件材料、幾何形狀，保證作動筒彈簧壓縮量>1 mm的工況下，調(diào)整壓縮量數(shù)值，偏心距變化量無明顯變化，但是在實際裝配過程中發(fā)現(xiàn)，撐桿作動筒在較小或零壓縮量的狀態(tài)下，對撐桿穩(wěn)定性影響很大。同時，零件間隙對承壓穩(wěn)定性影響較為顯著，間隙量越小，撐桿穩(wěn)定性就越高。