CN102338186B

CN102338186B - 一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器

Info

Publication number: CN102338186B
Application number: CN 201110258317
Authority: CN
Inventors: 袁欣; 洪增辉; 孙铁源; 孙佳; 贾玉红
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: CN102338186A

Abstract

本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，包括外部固连组件、内部运动组件和分离部件；所述的外部固连组件包括外作动筒、行程柱塞和密封装置结构，内部运动组件包括内作动筒和阻尼活塞头，分离部件包括阻尼制动活门和气室隔板活塞。行程柱塞的底部中心位置设置有锥形阻尼孔A，阻尼活塞头的外边缘处沿轴向方向均匀设置有多个锥形阻尼孔B。本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，创新性地使用锥形管式阻尼孔设计方法，通过设计锥形阻尼孔锥形角以及进出油端面的面积比来实现最优的缓冲全行程变阻尼工况。同时相比于传统的油针式设计，结构更为简洁，且结构不易受到摩擦、撞击等损坏，制造维护成本更低。

Description

一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器

技术领域

本发明属于航空机械技术领域，具体涉及一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器。

背景技术

在大型飞机起落的设计中，均是使用油气式减震器设计形式，利用气体的压缩变形来吸收能量，油气分离处设有简单阻尼孔，利用液体高速流过阻尼孔的摩擦来消耗能量。随着飞机起飞重量的增大，特别是在大型民用客机中，为了保证飞机地面着陆、滑跑平稳性的要求，通常需要采用变阻尼孔的设计形式。总的原则看来，缓冲器在压缩过程中阻尼孔等效面积相比于伸展过程中的阻尼孔等效面积要大，在缓冲器压缩行程中，阻尼速度缓慢，阻尼孔等效面积逐渐减小；伸展行程中，阻尼孔面积较小，使得油液反流速度不至于太快，这样其能耗散更多的能量，且保证伸展过程中，气体体积较为均匀地增大。

目前应用于大型客机的油气式缓冲器多采用变截面油针或者单向节流活门来改变油孔截面，进而改变油孔流阻。但是近代减震器的压缩行程阻尼孔面积一般仅为缓冲器压气面积的1％～2％，一般其等效截面直径仅为1cm～2cm，伸展行程阻尼孔面积为压缩行程面积的30％～50％，这个比例是很小的，采用油针的设计形式时，油针和柱塞上阻尼孔的间隙可能仅为毫米级，这对加工工艺和装配要求较高，且在着陆或者起飞时，起落架受到侧向力作用时，很可能会出现油针与阻尼孔相碰或者剧烈摩擦情况，结构较易受到损坏。

如图1所示为常见的双腔式缓冲器的工作原理图，该缓冲器有两个气室，常规的缓冲器中有独立出来的主气室(1)和第二气室(3)，第二气室(3)内压力较高，当压缩主气室到一定程度后才开始工作，这样以保证飞机在粗糙和未修彻的道面上滑跑。此种常规的双腔式油气缓冲器仅在行程柱塞上开一定截面的阻尼孔(7)，且油孔分布集中在缓冲器中央部位，这样会造成较为严重的油液摩擦应力集中。虽然在采用油针(9)结构实现了压缩行程变阻尼，但是油针(9)的结构设计受到压气压油截面积制约较大，油针截面太小，强度较差，受油液作用变形较大，容易与油孔内壁发生摩擦、碰撞等；油针截面太大，油针外表面与油孔内壁距离太小，同样在受到侧向撞击力时，容易发生摩擦、碰撞等结构损伤，并且，此种双腔式缓冲器的两个气室分别位于油室的上下两端，不易地面维护，且在外部撞击力作用下，气室的承力不连续，对大型民用客机而言，严重影响乘客乘坐的舒适感。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，目的在于解决传统油气式缓冲器的弊端，对现有的双腔式缓冲器整体结构进行一定改进。本发明的缓冲器主体结构依然沿用经典式的油气缓冲器形式，不同的是本发明中主气室(又称为压缩阻尼腔或者初始气室)与第二气室(又称高压气室)串联作用，并采用了分布式锥形阻尼孔的阻尼活塞头，同时配合阻尼制动活门来实现缓冲器压缩和伸展变阻尼作动。内部油液流动控制以实现阻尼制动活门的开合，缓冲器内作动筒内截面(即是缓冲器压油截面)与外作动筒内截面(即是缓冲器压气截面)面积比值一般在0.6～0.7之间。

本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，包括外部固连组件、内部运动组件和分离部件；所述的外部固连组件包括外作动筒、行程柱塞和密封装置结构，内部运动组件包括内作动筒和阻尼活塞头，分离部件包括阻尼制动活门和气室隔板活塞；外作动筒内部空腔的下部设置有内作动筒，在内作动筒的外壁和外作动筒的内壁之间设置有密封装置结构；在内作动筒的顶部连接有阻尼活塞头，且内作动筒的外侧壁上设置有缓冲器行程限制卡槽，在该缓冲器行程限制卡槽上方的内作动筒外侧套连有阻尼制动活门；阻尼活塞头的内径与内作动筒的内径相等，阻尼活塞头的外径大于内作动筒的外径，且在大于内作动筒的阻尼活塞头的外边缘处，沿轴向方向均匀设置有多个锥形阻尼孔B，该锥形阻尼孔B朝向内作动筒的方向是收缩的，朝向外作动筒顶部方向是扩张的；在阻尼活塞头与内作动筒内部套接有行程柱塞，内作动筒下部为缓冲器油腔，油液与气体交界面大致在阻尼活塞头上方10cm～15cm处，行程柱塞的顶部与外作动筒的顶部固定连接；行程柱塞顶部的设置有隔板活塞行程限制卡槽，并在隔板活塞行程限制卡槽的上方的行程柱塞上设置气室隔板活塞，将缓冲器外部作动筒的内腔分为上下串联的主气室和第二气室；行程柱塞的底部中心位置设置有锥形阻尼孔A，且该锥形阻尼孔A的方向布置为朝向主气室方向为收缩孔，朝向内作动筒底部为扩张孔。

本发明具有的优点在于：

(1)本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，创新性地使用锥形管式阻尼孔设计方法，通过设计锥形阻尼孔锥形角以及进出油端面的面积比(扩张比或者收缩比)来实现最优的缓冲全行程变阻尼工况。压缩行程中，锥形阻尼孔为扩张状态；伸展行程中，锥形阻尼孔为收缩状态，故在整个缓冲器行程中，油液经过锥形阻尼孔的摩擦程度更为均匀平稳，耗散更多能量，缓冲器减震行程曲线更为饱满。同时相比于传统的油针式设计，结构更为简洁，且结构不易受到摩擦、撞击等损坏，制造维护成本更低。

(2)本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，行程柱塞上设置一个较大的锥形阻尼孔A，配合阻尼活塞头上的分布式的锥形阻尼孔B，通过运动中阻尼制动活门的相对运动对锥形阻尼孔等效面积的影响，进一步优化全行程变阻尼工况。

(3)本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，将主气室(又称为压缩阻尼腔或者初始气室)与第二气室(又称高压气室)结构串联布置于缓冲器的上部，这样整个气室承力分布连续均匀，传力特性更好，同时这样的结构形式为地面维护充气等操作提供便利。

(4)本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，密封装置结构设置于外作动筒下端，外筒内壁设计了行程限制结构，且在第二气室(高压气室)运动中，外筒内壁也设计了同样形式的行程限制结构，这样保证了其内部高压的稳定。

附图说明

图1：传统的双腔式油针变阻尼缓冲器的结构示意图；

图2：本发明提出的一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器的立体结构示意图；

图3-A：本发明中的缓冲器阻尼孔以及阻尼制动活门平面图；

图3-B：本发明中的缓冲器阻尼孔以及阻尼制动活门半剖视图；

图4：本发明中的锥形阻尼孔的油液流动示意图；

图5；本发明锥形阻尼孔和阻尼活塞头的工作示意图；

图中：1-主气室；2-油腔；3-第二气室；4-外作动筒；

5-内作动筒；6-行程柱塞；7-阻尼孔；8-气室隔板活塞；

9-油针；10-锥形阻尼孔A；11-锥形阻尼孔B；12-阻尼活塞头；

13-阻尼制动活门；14-密封装置结构；15-缓冲器行程限制卡槽；

16-隔板活塞行程限制卡槽；17-通孔；18-反弹阻尼腔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，如图2、图3-A和图3-B所示，包括外部固连组件、内部运动组件和分离部件；其中外部固连组件包括外作动筒4、行程柱塞6和密封装置结构14，内部运动组件包括内作动筒5和阻尼活塞头12，分离部件包括阻尼制动活门13和气室隔板活塞8。外作动筒4内部空腔的下部设置有内作动筒5，且在内作动筒5的外壁和外作动筒4的内壁之间设置有密封装置结构14，用于密封，且该密封装置结构14与外作动筒4固定连接。在内作动筒5的顶部通过固定件连接有阻尼活塞头12，且内作动筒5的外侧壁上设置有缓冲器行程限制卡槽15，在该缓冲器行程限制卡槽15上方的内作动筒5外侧套连有阻尼制动活门13，缓冲器行程限制卡槽15距离阻尼活塞头12底部距离H为阻尼制动活门的高度为h的2～3倍之间，这样使得阻尼制动活门13能够在气室压缩或扩张时，在内作动筒5的外壁小范围的运动。阻尼活塞头12的内径与内作动筒5的内径相等，阻尼活塞头12的外径大于内作动筒5的外径，且在大于内作动筒5的阻尼活塞头12的外边缘处，沿轴向方向均匀设置有6～12个锥形阻尼孔B11，锥形阻尼孔B11的锥度为5°～7°，该锥形阻尼孔B11朝向内作动筒5的方向是收缩的，朝向外作动筒顶部方向是扩张的，通过该锥形阻尼孔B11的作用，使油液穿过该锥形阻尼孔B11带动阻尼制动活门的上下运动。在阻尼活塞头12与内作动筒5内部套接有行程柱塞6，外作动筒4与内作动筒5之间的密封腔体之间充满油液和缓冲气体，内作动筒腔5下部为油腔2，内为油液，上部即外作动筒4内为缓冲气体(一般为氮气)，油液交界面保持在阻尼活塞头12上端10～15cm处，行程柱塞6的外壁与外作动筒4的内壁之间的反弹阻尼腔18宽度大致为缓冲器外作动筒4内壁半径的0.15～0.25倍，行程柱塞6的顶部与外作动筒4的顶部固定连接，阻尼活塞头12与内作动筒5能够在行程柱塞6的外部上下运动。行程柱塞6顶部设置有隔板活塞行程限制卡槽16，并在该隔板活塞行程限制卡槽16的上方行程柱塞6上设置气室隔板活塞8，将缓冲器的内腔分为上下串联的主气室1和第二气室3，主气室1与第二气室3容积比保证在3.5～4.5之间。且气室隔板活塞8能够在隔板活塞行程限制卡槽16的限制下，在行程柱塞6的顶部与隔板活塞行程限制卡槽16之间运动。所述的行程柱塞6的侧壁上均匀分布有若干气室内壁通孔，通孔的直径为2～4cm，以用于气室内气体均布流动。行程柱塞6的底部中心位置设置有锥形阻尼孔A10，该锥形阻尼孔A的锥度大致保证在60°～80°之间，锥形阻尼孔A10的平均截面尺寸(截面面积)一般为缓冲器压气截面外作动筒1的内截面尺寸(截面面积)的1％～2％，且该锥形阻尼孔A10的方向布置为朝向主气室即行程柱塞6内腔方向为收缩孔，朝向内作动筒5底部方向为扩张孔，且在小截面端口保持锐边形式。

锥形阻尼孔A10和锥形阻尼孔B11的方向设置原则为：压缩阶段保证锥形阻尼孔为扩张形式，伸展阶段保证锥形阻尼孔为收缩形式。整个结构布置完善合理，能起到非常好的缓冲吸能制动效果。锥形管路式阻尼孔是以收缩/扩张管为设计雏形，区别与传统油针式变阻尼式设计形式，锥形孔的阻尼，即是流体流过时的摩擦损失以及局部损失与其面积比(又称扩张比)和锥形扩张角来决定。在本发明中中，锥形阻尼孔的总体配置为保证在压缩过程中，锥形阻尼孔为收缩管形式，行程阻尼较小；伸展过程中，锥形阻尼孔即为反向的扩张管形式，行程阻尼较大，这样耗散更多能量。如图4所示：压缩行程中，相比传统的阻尼孔形式，即是突然缩小管，油液流过时能量转换更为平稳；伸展行程中，有一定锥角的阻尼孔形式能量转换速率更为剧烈，动能耗散能力更强。这样，在设计中合理地选取锥形角和面积比(扩张比和收缩比)，能使缓冲器具有最佳的缓冲性能。

在本发明提出的一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器结构设计中，加入了环形阻尼制动活门13配合阻尼活塞头，如图3-A和图3-B所示：在缓冲器运动中，阻尼活塞头12与阻尼制动活门13之间相对运动相反，压缩行程中，阻尼活塞头12向上挤压气体做功，阻尼制动活门13受油液推力相对活塞头向下运动，伸展行程则相反。对行程柱塞上的锥形阻尼孔A10其承担主要的耗能任务，因此需要其在伸缩阶段，扩张管的角度应在流动阻力相对较大的范围里选取，锥形阻尼孔A10的锥度一般为60°～80°之间，且小截面端口保持锐边形式，这个角度范围内，压缩段的流动阻力相对较小，但是需要保证压缩段入口亦为锐边形式以提供足够的阻力特性。对环形阻尼活塞头12上的分布锥形阻尼孔B11，相对锥形阻尼孔A10为辅助承担耗能任务，其流动损失应适当在较小范围内选择，以避免缓冲器的反弹现象，锥形阻尼孔B11的锥度一般选取为5°～7°之间，且可以在扩张管入口处采取修圆形式适当减小流阻，而在收缩管入口处应采用锐边形式以提供压缩时的流阻消耗。而油液进出口面积比(即是扩张比和收缩比)在一定范围内对锥形阻尼孔的流阻影响不大，仅保证在大锥形角情况下不应过大即可，一般锥形阻尼孔B11的面积比(入口与出口的截面比)取2～9即可。

本发明的缓冲器内作动筒5与外作动筒4均是锻造成型，运动接触面间保证光滑度以减小摩擦阻力，内作动筒5与外作动筒4之间通过密封装置结构14如密封圈或其他一定的结构形式保证密封。

如图4和图5所示，当飞机着陆或者受到冲击时，缓冲器主气室1首先被压缩，主气室1随压缩压力增大，当载荷达到一定数值，主气室1压缩到一定程度时，其内部气压超过气室隔板活塞6的临界开启压力，这时第二气室3开始压缩工作，压缩过程中，油液经过行程柱塞6中央的锥形阻尼孔A10流入主气室1，同时产生一定的摩擦和分离阻尼耗散动能，同时，内作动筒5带动阻尼活塞头12同向上压气，反弹阻尼腔18内压力增大，这时油液冲开阻尼制动活门13，流经分布在阻尼活塞头12上面的锥形阻尼孔B11而做功耗能，整个压缩过程中，油液摩擦阻尼相对较小，是通过正向扩张型锥形阻尼孔A10和阻尼制动活门13的逐渐开启来实现变阻尼工况，同时，缓冲器的压缩速度决定了油液流经锥形阻尼孔A10的流速，流速较大，阻尼较大；流速较小。阻尼减小，这同变阻尼工况的要求完全符合。伸展行程中，外作动筒4内气体压缩油液向下流动，油液反向流经收缩型锥形阻尼孔A10，同时反弹阻尼腔18内油液冲压阻尼制动活门13而逐渐盖住分布的锥形阻尼孔B11，两者的配合使用使耗散能作用发挥到最大，分布式的阻尼孔设计以及收缩型锥形阻尼孔大大提高了制动效果。整个行程中，压缩行程较为缓和，锥形阻尼孔A10表现为扩张型流动阻尼，同时阻尼制动活门13处于相对打开状态，整体阻尼作用相对较弱；伸展行程中，锥形阻尼孔A10表现为收缩型流动阻尼，同时阻尼制动活门13处于相对逐渐闭合状态，整体阻尼作用相对较强，耗散能力较强。

Claims

1.一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，其特征在于：包括外部固连组件、内部运动组件和分离部件；所述的外部固连组件包括外作动筒、行程柱塞和密封装置结构，内部运动组件包括内作动筒和阻尼活塞头，分离部件包括阻尼制动活门和气室隔板活塞；外作动筒内部空腔的下部设置有内作动筒，在内作动筒的外壁和外作动筒的内壁之间设置有密封装置结构；在内作动筒的顶部连接有阻尼活塞头，且内作动筒的外侧壁上设置有缓冲器行程限制卡槽，在该缓冲器行程限制卡槽上方的内作动筒外侧套连有阻尼制动活门；阻尼活塞头的内径与内作动筒的内径相等，阻尼活塞头的外径大于内作动筒的外径，且在大于内作动筒的阻尼活塞头的外边缘处，沿轴向方向均匀设置有多个锥形阻尼孔B，该锥形阻尼孔B朝向内作动筒的方向是收缩的，朝向外作动筒顶部方向是扩张的；在阻尼活塞头与内作动筒内部套接有行程柱塞，外作动筒与内作动筒之间密封容腔内充满油液与缓冲气体，行程柱塞的顶部与外作动筒的顶部固定连接；行程柱塞顶部设置气室隔板活塞，将缓冲器上部内腔分为上下串联的主气室和第二气室,并设置有隔板活塞行程限制卡槽；行程柱塞的底部中心位置设置有锥形阻尼孔A，且该锥形阻尼孔A的方向布置为朝向主气室方向为收缩孔，朝向内作动筒底部为扩张孔。

2.根据权利要求1所述的一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，其特征在于：所述的锥形阻尼孔B的锥度为5°～7°，锥形阻尼孔B的面积比即入口与出口的截面面积比为2～9。

3.根据权利要求1所述的一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，其特征在于：所述的锥形阻尼孔A的锥度为60°～80°，锥形阻尼孔A的平均截面面积为缓冲器压气截面外作动筒内截面面积的1%～2%。

4.根据权利要求1所述的一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，其特征在于：所述的缓冲器行程限制卡槽距离阻尼活塞头底部距离H为阻尼制动活门的高度为h的2～3倍。

5.根据权利要求1所述的一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，其特征在于：所述的行程柱塞的外壁与外作动筒的内壁之间的反弹阻尼腔的宽度为外作动筒内壁半径的0.15～0.25倍。

6.根据权利要求1所述的一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，其特征在于：所述的行程柱塞的侧壁上均匀分布有若干气室内壁通孔，通孔的直径为2～4cm。

7.根据权利要求1所述的一种客机起落架锥形阻尼孔式缓冲器，其特征在于：所述的主气室与第二气室容积比为3.5～4.5。