CN107782481B - 一种双轮支柱式前起落架扭力臂载荷的地面校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双轮支柱式前起落架扭力臂载荷的地面校准方法，为了量化确定前起落架在地面试验和飞行试验中的扭力臂受载，以便验证扭力臂结构和强度设计，并为飞机前轮摆振和转弯性能验证与评价提供可靠的输入信息，具体包括步骤1：确定扭力臂载荷及传递；步骤2：拟定扭力臂应变计布局；步骤3：选定扭力臂载荷校准状态；步骤4：完备扭力臂校准载荷工况；步骤5：优选校准载荷平衡方法。利用本发明方法可以准确得到前起落架上、下扭力臂载荷测量所用的已知校准载荷及其对应应变响应，从而有效突破以往仅通过应力测量或无损检测实现扭力臂结构监测的局限性。

Description

一种双轮支柱式前起落架扭力臂载荷的地面校准方法

技术领域

本发明专利飞机试飞领域，涉及一种双轮支柱式前起落架扭力臂载荷的地面校准方法。

背景技术

飞机进场下滑蹬舵正对跑道方向时，方向舵液压作动系统的油液压力会反传至前轮操纵系统，致使前起扭力臂侧向受载以平衡蹬舵液压作用。飞机地面操纵转弯和直线滑跑时，相对前倾支柱轴线后退一定距离的前起落架机轮受到蹬舵修正航向瞬时扰动或道面侧向瞬间激振作用也会使前轮产生绕支柱轴线的扭转和摆动，这一扭摆力矩也经由扭力臂侧向受载而传至支柱上旋转套筒和转弯减摆作动器。另外，在缓冲器压缩小行程下，因扭力臂相对支柱轴向的偏距，扭力臂本身会承受因外部扭力矩导致的较大扭矩。飞机起飞离地或着陆触地反弹中，起落架支柱下部非弹簧质量向下突伸时，因惯性力作用，扭力臂还会受轴向载荷作用，以平衡部分惯性力。惯性力的主要部分由缓冲器内的油液阻尼力和空气弹簧力来平衡。某些飞机还采用前起扭力臂来完成地面牵引飞机，此时扭力臂仍然承受较大轴向拉伸载荷。因此，作为前轮操纵减摆机构并传递扭转力矩的主要承力构件之一的扭力臂，其侧向受载、扭转受载和轴向拉伸是最主要的受载情况。通常，上扭力臂以双耳同前起支柱旋转套筒铰接，下扭力臂用双耳同活塞杆下部或轮轴中部铰接，上下扭力臂之间以单耳或双耳铰接相连，上下扭力臂之间的夹角随缓冲器行程变化而改变。

对于飞行使用中的前起扭力臂，国内过去通常仅检测其结构应变和目测其外部磨损，而不测量其内部受载，因而无法知晓扭力臂结构的真实受载，这极不利于扭力臂的结构强度设计与验证及改进。室内疲劳试验和外场飞行实践均已表明，不少类型飞机起落架的扭力臂出现过多起严重变形或损伤等，此乃结构与强度设计中的抗疲劳设计考虑不足或载荷设计情况不符真实受载，而实际使用中受载复杂、高频交变受载疲劳等所致。

因此，很有必要采用结构应变电测、载荷地面校准和飞行实测等方法和关键步骤来实现前起扭力臂载荷测量，这样既可以验证扭力臂和前轮操纵机构的结构和强度设计，达到改进设计的目的，也可为飞机前轮摆振和转弯性能分析与验证提供可靠的输入信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种双轮支柱式前起落架扭力臂载荷的地面校准方法。

本发明创造是通过下述步骤实现的：

步骤1：确定扭力臂载荷及传递

在飞机起降、地面转弯操纵或扭力臂牵引等过程中，依据双轮支柱式前起落架的机构运动、受力传力分析确定出：扭力臂主要承受拉压载荷、侧向载荷和侧向弯矩以及扭矩，机轮外部侧向载荷沿轮轴、活塞杆、支柱以及机身等传递，而外部侧向力产生的机轮偏转力矩或地面转弯液压操纵力沿轮轴、活塞杆、扭力臂、旋转套筒、转弯减摆作动器、液压系统等途径正向或反向传递，其中，双轮支柱式前起落架包含左、右机轮，扭力臂包含上、下扭力臂；

步骤2：拟定扭力臂应变计布局

为全方位测量扭力臂上承受的侧向载荷、轴向载荷以及扭转载荷，分别在上、下扭力臂的两侧凸缘上布置弯矩、拉压和扭矩三种应变电桥，其中弯矩应变电桥前者感受侧向载荷和侧向弯矩，拉压应变电桥感受轴向拉伸载荷，扭矩应变电桥感受扭矩；应变计布置在扭力臂变高度工字梁两侧突缘平整段的中部剖面中性层附近；

步骤3：选定扭力臂载荷校准状态

拆除左右机轮，断开上、下扭力臂之间的铰接，并将上、下扭力臂转至水平状态并指向航向，运用上扭力臂仍连接在旋转套筒上和下扭力臂连在活塞杆上进行载荷校准的连体加载校准方式，以支柱轴线直立、按装机三个转轴铰接关系将前起主要承力结构倒装静定固定于承力底座上，而承力底座固定在承力地轨。上扭力臂校准时，旋转套筒转至航向中立；下扭力臂校准时，活塞杆外伸一定长度；

步骤4：完备扭力臂校准载荷工况

对上、下扭力臂分别先施加独立的单向校准载荷，再施加正交的两向和三向组合检验载荷；载荷大小按设计使用载荷的适当比例选择；

步骤5：优选校准载荷平衡方法

对下扭力臂施加轴向载荷，选择三个转轴铰点处的三向支反力予以力和力矩平衡；对其施加侧向载荷，侧向载荷仍由三个转轴铰点处的三向支反力予以平衡，但其形成的绕支柱轴线力矩由在双轮支柱式前起落架轮轴的左段或右段中心处施加的航向载荷所形成反向力矩予以平衡；

对上扭力臂施加轴向载荷，选择三个转轴铰点处的三向支反力予以力和力矩平衡；对其施加侧向载荷时，为防止上扭力臂绕支柱轴线转动，需预先对转弯减摆作动器及其附近相连液压管路均充满油液后再用堵帽封闭，利用油液增压作用来平衡侧向力引起的转动力矩；

对上、下扭力臂施加的扭矩，选择三个转轴铰点处的三向支反力予以力和力矩平衡。

本发明的优点是：与传统的对前起扭力臂仅作应力应变监测和目视检查等方法相比，依据本专利发明方法不仅可以全面量化测出在飞行使用或静力/疲劳试验中的前起上、下扭力臂的各分量受载历程，综合用于验证扭力臂、支柱和前轮操纵机构的结构和强度设计，达到优化改进设计的目的，还可为前起液压转弯减摆性能分析和验证提供重要可靠的输入信息。针对其他支柱式起落架具体结构情况，将本专利所涉及的双轮支柱式前起落架扭力臂载荷校准的载荷平衡方法适当修改后，可推广用于单轮支柱式前起落架，也适用于支柱式主起落架，具有较为广泛的通用性和实用性。

附图说明

图1是双轮支柱式前起落架前倾角a及机轮后退距t示意图；

图2是双轮支柱式前起落架前视图；

图3是上、下扭力臂结构受载及应变测量剖面；

图4是上、下扭力臂结构应变测量布局；

图5是倒装固定双轮支柱式前起落的扭力臂受载示意。

具体实施方式

1)确定扭力臂载荷及传递

如图1和图2所示，通过分析飞机在地面滑行、转弯、起飞、着陆冲击、刹车等飞行使用中的双轮支柱式前起落架受载，确定出座舱操纵或外部激励导致前起落架上扭力臂5和下扭力臂4分别主要承受轴向载荷、侧向载荷、以及侧向载荷因支柱8的前倾角a和机轮1的后退距t三者综合导致产生的扭矩载荷；依据传力分析，前述载荷分量在机轮1、轮轴2、活塞杆3、下扭力臂4、上扭力臂5、旋转套筒6、转弯减摆作动器7、支柱8和外筒9等之间传递；

2)拟定扭力臂应变计布局

如图3和图4所示，为敏感扭力臂上承受的轴向载荷FX、侧向载荷FY和扭矩载荷MX，分别在上扭力臂5和下扭力臂4的两侧凸缘上均布置弯矩、拉压和扭矩三种应变电桥，其中弯矩应变电桥前者感受侧向载荷和侧向弯矩，拉压应变电桥感受轴向拉伸载荷，扭矩应变电桥感受扭矩；应变计布置在扭力臂变高度工字梁两侧突缘平整段的中部剖面中性层附近；

3)选定扭力臂载荷校准状态

如图5所示，拆除左右机轮，断开上扭力臂5和下扭力臂4之间的铰接，并将扭力臂转至水平状态并指向航向，运用扭力臂仍连接在外筒9或活塞杆3上进行载荷校准的连体加载校准方式，采取支柱8的轴线直立、按装机固定用左转轴11、右转轴10和阻力杆转轴12的三个转轴铰点(三个转轴铰点分别以A、B、C表示，下同)几何关系将前起落架主要承力结构倒装固定于承力底座上，而承力底座固定在承力地轨。上扭力臂5校准时，旋转套筒转至航向中立；下扭力臂4校准时，活塞杆伸出长度占总外伸长量的1/4～1/3。

4)完备扭力臂校准载荷工况

如图5所示，对断开两者之间铰接的、在支柱8上的上、下扭力臂分别先采取独立单向加载校准(FXi、±FYi、±MXi，i＝2、1，其中，i＝2表示上扭力臂5，i＝1表示下扭力臂4，下同)，再采用两向(FXi±FYi、FXi±Mxi、±FYi±Mxi，i＝2、1)和三向(FXi±FYi±MXi，i＝2、1)正交组合检验加载，实现对其单向加载校准以及两向和三向加载检验，全面模拟上、下扭力臂的真实受载，确保加载样本正交独立、完备充分。校准载荷大小按设计使用载荷的60％～70％选择确定。

5)优选校准载荷平衡方法

如图5所示，对下扭力臂4施加轴向载荷FX1时，选择由左转轴11、右转轴10和阻力杆转轴12处的三个转轴铰点处的三向支反力(Fxj、Fyj、Fzj，j＝Ax1、Bx1、Cx1，其中Fx、Fy、Fz表示航向、侧向、垂向三向支反力，脚标j中的x1表示FX1因素，以下符号定义与此类似)予以力和力矩平衡；对其施加侧向载荷FY1，侧向力仍选择由三个转轴铰点处的三向支反力(Fxj、Fyj、Fzj，j＝Ay1、By1、Cy1)予以平衡，但其形成的绕支柱轴线力矩促使活塞杆3自由旋转，由双轮前起落架轮轴2的左段或右段中心处施加航向载荷PX1，形成反向力矩以平衡下扭力臂4侧向载荷产生的力矩；

对上扭力臂5施加轴向载荷FX2，可由三个转轴铰点处的三向支反力(Fxj、Fyj、Fzj，j＝Ax2、Bx2、Cx2)予以力和力矩平衡；对其施加侧向载荷FY2时，为防止上扭力臂5绕支柱8的轴线转动，预先对转弯减摆作动器7及其附近相连液压管路均充满油液后再用堵帽封闭。利用油液不可压缩特性来抵抗上扭力臂5侧向受载时出现的绕支柱轴线转动，并由油液增压作用ΔP来平衡侧向力引起的转动力矩；

对上、下扭力臂分别施加扭矩时，该扭矩由三铰点处的三向支反力(Fxj、Fyj、Fzj，j＝Ai、Bi、Ci，i＝2、1)来加以平衡；

选择以上方式组合，实施两向或三向正交组合加载时的载荷平衡。

Claims (1)

1.一种双轮支柱式前起落架扭力臂载荷的地面校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定扭力臂载荷及传递：在飞机起降、地面转弯操纵或扭力臂牵引过程中，依据双轮支柱式前起落架的机构运动、受力传力分析确定出：扭力臂承受拉压载荷、侧向载荷和侧向弯矩以及扭矩，机轮外部侧向载荷沿轮轴、活塞杆、支柱以及机身传递，而外部侧向力产生的机轮偏转力矩或地面转弯液压操纵力沿轮轴、活塞杆、扭力臂、旋转套筒、转弯减摆作动器、液压系统途径正向或反向传递，其中，双轮支柱式前起落架包含左、右机轮，扭力臂包含上、下扭力臂；

2)拟定扭力臂应变计布局：在上、下扭力臂的两侧凸缘上均布置弯矩、拉压和扭矩三种应变电桥，弯矩应变电桥感受侧向载荷和侧向弯矩，拉压应变电桥感受轴向拉伸载荷，扭矩应变电桥感受扭矩；

3)选定扭力臂载荷校准状态：拆除左、右机轮，在支柱上断开上、下扭力臂之间的铰接，并将扭力臂转至水平状态并指向航向，支柱轴线方向与水平面垂直、采取装机三个转轴铰接点关系将前起落架倒装静定固定于承力底座上，而承力底座固定在实验室承力地轨上；下扭力臂校准时，活塞杆伸出一定长度；上扭力臂校准时，旋转套筒保持航向中立；

4)完备扭力臂校准载荷工况：对上、下扭力臂分别先采取独立单向加载，再实施两向正交和三向正交组合加载，实现对其单向校准、两向和三向检验；

5)校准载荷平衡方法：对下扭力臂施加轴向载荷时，选择由左转轴、右转轴和阻力杆转轴处的三个转轴铰点处的三向支反力予以力和力矩平衡；对其施加侧向载荷，侧向力仍选择由三个转轴铰点处的三向支反力予以平衡，但其形成的绕支柱轴线力矩促使活塞杆自由旋转，由双轮前起落架轮轴的左段或右段中心处施加航向载荷，形成反向力矩以平衡下扭力臂侧向载荷产生的力矩；

对上扭力臂施加轴向载荷，可由三个转轴铰点处的三向支反力予以力和力矩平衡；对其施加侧向载荷时，为防止上扭力臂绕支柱的轴线转动，预先对转弯减摆作动器及其附近相连液压管路均充满油液后再用堵帽封闭；利用油液不可压缩特性来抵抗上扭力臂侧向受载时出现的绕支柱轴线转动，并由油液增压作用ΔP来平衡侧向力引起的转动力矩；

对上、下扭力臂分别施加扭矩时，该扭矩由三铰点处的三向支反力来加以平衡；

选择以上方式组合，实施两向或三向正交组合加载时的载荷平衡。

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