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摘要飞机起落架作为飞机结构的一个重要部件，承受着飞机与地面接触时产生的静、动载荷，部分吸收和消耗飞机在着陆撞击、跑道滑行等地面运动时所产生的能量，在减缓飞机发生振动，降低飞机地面载荷，提高乘员舒适性，保障飞机飞行安全等方面发挥着极其重要的作用。
关键词：飞机起落架；油气减震器；摩擦力；弹簧力；阻尼运动
缓冲装置是飞机消耗飞机下降所产生的动垂直动能的主要手段，消耗飞机垂直动能的80%-90%以上，对减少缓冲力，为旅客提供较好的着陆感受具有重要的作用，在大多数飞机上都有缓冲装置。尤其对于客机，其功能更是对提高飞机着陆性能具有重要意义。在当今由于油气式减震器因其高效而被大部分飞机采用。因此，本文以油气减震器作为受力分析对象。
1油气式减震器
图1 油气式减震器的主起落架
油气减震器（图1）主要利用气体的压缩变形吸收撞击能，利用油液高速流过小孔的摩擦消耗能量。他的基本组成包括外筒、活塞、活塞杆、带小孔的隔板和密封装置等。外筒内腔下部装油，上部装气。减震器未受外力时，由于冷气压力作用，活塞处在最低位置。
图2给出了它的的基本原理：减震器受压缩时油液被强制通过压缩孔从而消散能量，同时压迫气体（典型的是空气或氮气）。然后压缩气体强迫油液通过回流孔回流实现对飞机回跳的控制。
图2 油气式减震器构造
减震器通过“气体弹簧”支撑飞机重量，避免“拖底”，并提供乘坐舒适性。气体弹簧具有非线性“刚度”特性，其刚度由控制气体压缩的气体定律控制。在简单模型中假设油液不可压缩。
2带有缓冲装置飞机起落架的简化模型
图3给出了一个十分简单的二自由度起落架/轮胎模型，模型中非弹簧质量包括滑动内筒、轮轴以及机轮/轮胎/刹车。线性无阻尼轮胎模型可用于有关垂直运动的简单计算中。因为轮胎变形时对着陆产生影响和对减震器的影响很小。所以可以只对减震器进行研究，这样可以将其简化成单自由度阻尼运动进行分析研究。
3缓冲器上的各个力的分析
缓冲器上的支柱总的轴向力由空气弹簧力，油液的阻尼力和筒壁摩擦力组成。即：
（文中分析的起落架仅涉及到单气腔的支柱式缓冲器）
图3 简化起落架/轮胎模型
3.1空气弹簧力
起落架缓冲器内的气体为避免在高温高压下使油液产生氧化或燃烧，采用了不易氧化的气体——氮气。飞机在着陆瞬间，由于缓冲器内的氮气压缩速度进行得很快，一般只有几分之一秒，而空气的传热系数又很小，因此，通过缓冲器内壁的散热可以忽略不计，这样，气体的压缩和膨胀过程可以近似地看作绝热过程。但是，油液在受压时形成雾状而喷溅到氮气里，而气体在高压下又溶入油液里，这种油气的高度混合，大大地增加了油、气之间的传热面积，因而在油、气之间产生强烈的热交换，气体在缓冲器内的压缩过程，不考虑油液可压，也不考虑缓冲器腔体的体积膨胀，则：
式中,
——是空气腔的初始压强；
——是空气腔初始体积；
——大气压强；
——缓冲压缩行程；
——气体多变指数，多变指数的大小取决于油、气之间的混合程度。对于油气式缓冲器通常取为 1.2；
——活塞杆的外截面积。
3.2油液阻尼力
减震器在压缩和伸展过程中，油液要产生一个阻止减震器压缩和伸展的作用力，这个力也随着压缩量的变化而变化的。
由伯努力方程可得：
油液流过阻尼孔时产生的阻尼力为：
分别为为飞机在其起落架上下沉浮振动的固有频率和阻尼比。
4.1的变形
从缓冲器各力的研究中，了解到，, 并不符合,的形式。所以，需要对, 的公式进行变形以及近似代替，以使其符合所需形式。从而找到符合本模型各情况下的普遍公式。
4.1.1对的变形
对 = （取，即为）利用泰勒公式对其展开有：
4.1.2 对的变形
这样，就找到了, 本模型下的普遍公式，为研究提供了通用性和方便性。以后的研究中的, 都用式（13）和（15）进行计算。
4.4.2缓冲器上的压缩速度和机轮上的垂直压力
缓冲器上的压缩速度即为，可以通求对求导求的，即：
其中为起落架上的机轮数。各个机轮所受压力是相等的。
这样就得到了在阻尼运动模式下减震器的轴向力的变化规律方程式。因为减震器上的轴向力与作用在机轮上的垂直压力是相等的。从而求出了作用在机轮上的垂直压力变化方程式。
参考文献
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[6]高泽迥.起飞着陆系统设计.北京：航空工业出版社，2002.
论文作者:皮龙
论文发表刊物:《科技新时代》2019年9期
论文发表时间:2019/11/20
标签：减震器论文; 起落架论文; 飞机论文; 阻尼论文; 气体论文; 缓冲器论文; 油气论文; 《科技新时代》2019年9期论文;