章 劍，董澤峰，廖良全，余士品

(1.中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn) 330001;2.天津科技大學(xué)，天津 300222)

0 引言

轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)是直升機(jī)起落架的一個(gè)關(guān)鍵部件，承擔(dān)著直升機(jī)滑行轉(zhuǎn)向、停機(jī)拐彎、飛行上鎖和著陸前解鎖等重要功能。目前國內(nèi)外直升機(jī)轉(zhuǎn)向一般有兩種方式:一種以一點(diǎn)為固定點(diǎn)即剎車，其余點(diǎn)運(yùn)動(dòng)來達(dá)到轉(zhuǎn)向功能;另一種是前/尾起落架帶有轉(zhuǎn)向功能，在飛行過程中能夠自動(dòng)對(duì)中上鎖，滑跑降落前能夠自動(dòng)解鎖。例如俄羅斯研制的卡27直升機(jī)、波音公司研制的CH-47“支奴干”重型運(yùn)輸直升機(jī)等采用的均是第一種方式;歐美等西方發(fā)達(dá)國家研制的武裝直升機(jī)通常采用的是三點(diǎn)式布局，前/尾起落架設(shè)計(jì)具有轉(zhuǎn)向與對(duì)中的功能，如美國的AH-64“阿帕奇”、UH-60“黑鷹”直升機(jī)及歐洲的“虎”式直升機(jī)等。直升機(jī)在滑行轉(zhuǎn)向、空中飛行時(shí)對(duì)前/尾起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)的靈活性、可靠性及穩(wěn)定性提出了極高的要求。如果前/尾起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)滑行時(shí)轉(zhuǎn)向不夠靈活，飛行時(shí)自動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)不能準(zhǔn)確對(duì)中導(dǎo)致液壓鎖無法正常上鎖，同時(shí)旋翼產(chǎn)生的側(cè)向氣流沖擊前/尾起落架機(jī)輪使直升機(jī)橫滾載荷變大，都將影響飛行員駕駛。起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性直接關(guān)系著直升機(jī)的飛行與著陸安全。

因此，對(duì)直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)來驗(yàn)證其可靠性與穩(wěn)定性是唯一的方法與手段，同時(shí)為帶有轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)的起落架確定其首翻修期提供重要的科學(xué)依據(jù)，大大提高了直升機(jī)的安全性與可靠性。

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

現(xiàn)代直升機(jī)的新型尾起落架具有轉(zhuǎn)向和空中飛行自動(dòng)對(duì)中功能，為了驗(yàn)證新設(shè)計(jì)起落架的轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)的可靠性及穩(wěn)定性，準(zhǔn)確確定其首翻修期，必須進(jìn)行耐久性試驗(yàn)驗(yàn)證考核。試驗(yàn)過程中需精確控制起落架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、結(jié)構(gòu)應(yīng)變并實(shí)時(shí)監(jiān)控啟動(dòng)載荷等參數(shù)。

2 結(jié)構(gòu)原理

目前，西方發(fā)達(dá)國家對(duì)直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)技術(shù)的研究也處于探索階段，如法國歐洲直升機(jī)公司、美國西科斯基公司等知名直升機(jī)公司也處于剛起步研究階段，而國內(nèi)在這一領(lǐng)域還從未開展過研究。針對(duì)裝置研制要以滿足“大轉(zhuǎn)角、大扭矩、高控制精度”的試驗(yàn)要求為總體設(shè)計(jì)思想，重點(diǎn)要突破旋轉(zhuǎn)角度精確控制、大扭矩控制及啟動(dòng)載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)。直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)裝置以液壓泵站為試驗(yàn)動(dòng)力，依靠吊籃及配重的自身重力來模擬起落架承受的機(jī)身重量，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與機(jī)輪系統(tǒng)隨同擺動(dòng)平臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)模擬直升機(jī)滑行轉(zhuǎn)向、拐彎。擺動(dòng)平臺(tái)在一定角度內(nèi)可以自由設(shè)定;吊籃、起落架隨同起吊裝置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)輪脫離擺動(dòng)平臺(tái)上表面，可以對(duì)起落架的對(duì)中機(jī)構(gòu)進(jìn)行考核。起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)原理示意圖見圖1。

圖1 裝置設(shè)計(jì)原理示意圖

3 系統(tǒng)組成

直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)裝置主要由承力框架、吊籃、導(dǎo)軌、起吊及釋放裝置、擺動(dòng)平臺(tái)、測(cè)控系統(tǒng)、起落架安裝夾具、起落架試驗(yàn)件、配重、測(cè)量傳感器及液壓動(dòng)力源等組成。

吊籃采用框架內(nèi)吊籃設(shè)計(jì)，吊籃通過滑輪沿導(dǎo)軌垂直移動(dòng)，調(diào)整吊籃上的配重量來模擬起落架在機(jī)身分布所受的垂向載荷?？蚣苌系乃母鶎?dǎo)向滑軌表面鍍硬鉻，最大程度地減少與吊籃滑輪之間的摩擦。采用CATIA軟件優(yōu)化吊籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使吊籃在最小重量下具有最大強(qiáng)度和剛度，吊籃內(nèi)部具有一定空間可以增加配重。吊籃設(shè)計(jì)圖見圖2所示。

擺動(dòng)平臺(tái)是牽引機(jī)輪轉(zhuǎn)向的重要機(jī)構(gòu)，集轉(zhuǎn)向角度控制測(cè)量、扭矩測(cè)量、功能計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)記憶、啟動(dòng)載荷測(cè)量實(shí)時(shí)監(jiān)控為一體，是整個(gè)裝置中最核心的部位。擺動(dòng)平臺(tái)由旋轉(zhuǎn)平面、滑軌、擺動(dòng)缸、載荷傳感器、扭矩傳感器、角位移傳感器、數(shù)據(jù)采集分析控制器及安全報(bào)警系統(tǒng)等組成。整個(gè)裝置數(shù)據(jù)集中傳輸至數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理分析，采用綜合試驗(yàn)參數(shù)顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)在試驗(yàn)管理者面前。數(shù)據(jù)處理分析軟件設(shè)計(jì)采用基于WindowsXP操作系統(tǒng)下的人機(jī)友好界面思想設(shè)計(jì)，便于試驗(yàn)管理和數(shù)據(jù)文件管理。

圖2 吊籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖3 擺動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖4 數(shù)據(jù)處理分析綜合處理系統(tǒng)圖

4 工程型號(hào)應(yīng)用

直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)裝置研制成功后，進(jìn)行了所有參數(shù)性能檢測(cè)，擺動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精度控制對(duì)整個(gè)裝置將起到?jīng)Q定作用，同時(shí)也是此裝置的關(guān)鍵技術(shù)之一。裝置經(jīng)鑒定測(cè)試和計(jì)量中心檢測(cè)后完全達(dá)到了設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，可以投入到實(shí)際工程型號(hào)試驗(yàn)中去，裝置擺動(dòng)角度測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)裝置應(yīng)用于某型號(hào)尾起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)，成功完成了試驗(yàn)，達(dá)到了耐久性試驗(yàn)考核目的。整個(gè)試驗(yàn)過程中起落架轉(zhuǎn)向角度得到了精確控制，做到了啟動(dòng)載荷實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)裝置使得試驗(yàn)效率得到了很大的提高，為驗(yàn)證起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)的可靠性提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

表1 裝置擺動(dòng)角度測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)需要研制專項(xiàng)試驗(yàn)設(shè)備。國內(nèi)在這一研究領(lǐng)域還屬空白，無現(xiàn)成的設(shè)備拿來即可使用;先進(jìn)發(fā)達(dá)的歐美等國家同類試驗(yàn)裝置的研究也剛處于起步階段。直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)裝置的研制，確定了新設(shè)計(jì)的起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性及其首翻期，該裝置具有以下特點(diǎn):

1)可真實(shí)模擬起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)飛行、滑跑轉(zhuǎn)向等使用工況;

2)裝置功能集成度高，采用了綜合的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理及顯示功能;

3)具有大轉(zhuǎn)角、大扭矩、高控制精度及啟動(dòng)載荷實(shí)時(shí)監(jiān)控等能力;

4)性能穩(wěn)定可靠，效率高，極大地縮短了試驗(yàn)周期，提高了工作效率。

6 結(jié)束語

直升機(jī)起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)裝置經(jīng)過多個(gè)直升機(jī)型號(hào)的試驗(yàn)應(yīng)用，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，極大地提高了試驗(yàn)效率和質(zhì)量，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠滿足直升機(jī)型號(hào)研制的試驗(yàn)需求。裝置研制中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)及巧妙設(shè)計(jì)方法，對(duì)于以后同類試驗(yàn)裝置的研制具有很大的參考價(jià)值。

［1］張廣林.國內(nèi)外輕型直升機(jī)性能和技術(shù)發(fā)展綜述，HY92026［R］.航空情報(bào)研究報(bào)告，北京:中國航空信息中心，1999.

［2］孫文勝，朱洪海，戴京濤.直升機(jī)的飛行安全問題［J］.飛行事故和失效分析，2000(3).

［3］劉松強(qiáng).數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)及其應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1996.

［4］尚 濤.機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［5］Ugural A C.Mechanical Design An integrated approach［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，2005.

［6］張曉谷.直升機(jī)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)［M］.北京:航空工業(yè)出版社，1995.

［7］章 劍.某型機(jī)尾起落架轉(zhuǎn)向與對(duì)中機(jī)構(gòu)耐久性試驗(yàn)報(bào)告［R］.602 所報(bào)告，2010.6.

［8］章 劍，廖良全，趙 卓.專利技術(shù)交底請(qǐng)求書［Z］.602所.2011.