摘 要：文章介紹了民用飛機前輪轉(zhuǎn)彎力矩詳細的計算方法，并對西方某現(xiàn)有機型的前輪轉(zhuǎn)彎力矩進行了估算，估算結(jié)果證明了該計算方法可靠性。該計算方法可以為起落架工作者提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：前輪轉(zhuǎn)彎；穩(wěn)定矩；操縱力矩

在飛機起飛、著陸、滑行、停泊等地面操縱過程中的各個階段駕駛員需通過前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)來控制飛機的方向狀態(tài)，因此飛機的前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)要能夠輸出足夠的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向。飛機前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)操縱能力的強弱直接影響到飛機的地面操縱性能，因此在起落架設(shè)計過程中需要充分考慮影響飛機轉(zhuǎn)彎的各種因素，以便精確計算出前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)需要提供的最小輸出轉(zhuǎn)矩值，保證前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)滿足飛機的地面操縱需求[1][2]。文章下面提供一種簡單易行的計算方法供飛機起落架設(shè)計人員參考。

1 計算方法概述

根據(jù)不同的使用需求，飛機前輪轉(zhuǎn)彎操縱分為靜態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱和動態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱兩種方式。顧名思義，靜態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱即飛機處于靜止狀態(tài)時駕駛員操縱飛機轉(zhuǎn)向，動態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱即飛機處于滑行狀態(tài)時駕駛員操縱飛機轉(zhuǎn)向。除非有特殊設(shè)計要求，現(xiàn)代噴氣式民用飛機多采用動態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱的設(shè)計方式。

1.1 設(shè)計要求

轉(zhuǎn)彎力矩的設(shè)計應(yīng)使得在包括重量、重心、速度、風和跑道條件在內(nèi)的整個地面操縱環(huán)境內(nèi)都能提供下面的方向控制能力：前輪轉(zhuǎn)向應(yīng)能使飛機在最大停機重量和前重心位置的組合條件下使滑跑的飛機轉(zhuǎn)向。

1.2 考慮因素

以使用范圍最廣的前主起落架均采用雙輪并列式布置的飛機為研究對象，考慮飛機幾何關(guān)系、前起落架穩(wěn)定距及前起落架結(jié)構(gòu)特點，動態(tài)轉(zhuǎn)彎操縱力矩應(yīng)包含如下內(nèi)容：

1.2.1 非機構(gòu)摩擦損耗

（1）克服輪胎側(cè)向載荷需要的轉(zhuǎn)矩。（2）克服前起左右輪胎不對稱地面摩擦力需要的轉(zhuǎn)矩。（3）前起支柱有前傾角，克服輪胎垂向載荷所需的操縱力矩。

1.2.2 機構(gòu)摩擦損耗

2 計算方法詳細介紹

2.1 克服輪胎側(cè)向力所需要的操縱力矩T1

按照CCAR25部第25.495條及飛機設(shè)計手冊第14冊第4.2.3節(jié)的描述，飛機在地面作承受0.5g的側(cè)向加速度操縱，前輪由此產(chǎn)生0.5FNLG的側(cè)向力，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)需提供足夠的轉(zhuǎn)矩克服該側(cè)向力。前輪轉(zhuǎn)彎45度時，需要的轉(zhuǎn)矩最大。下面對操縱力矩T1進行計算，計算T1需首先計算側(cè)向力FyNLG及其力臂ttotal（即動態(tài)總穩(wěn)定矩）。所需的參數(shù)有：前起前傾角？漬，前輪轉(zhuǎn)彎角度？茁，輪胎半徑r，輪胎壓縮量d，輪胎滾動半徑r1等。依據(jù)以上數(shù)據(jù)可計算

T1=FyNLG·ttotal

2.2 克服左右側(cè)輪胎不對稱摩擦力所需的操縱力矩T2

前起落架轉(zhuǎn)動的運動學軌跡圖如圖1所示。

OA'為機械穩(wěn)定矩，OB'為輪心至前起支柱的距離， A'B'（為半輪軸長度）。支柱旋轉(zhuǎn)？茁角后，輪軸中心點由A點運動至A'點，右側(cè)機輪中心由B點運動至B'點。從圖中投影關(guān)系可以看出，輪軸中心上升的高度為A"A？蓯，右側(cè)輪心上升的高度為B"B？蓯，右側(cè)輪心相對于輪軸中心上升的高度為A"B"對應(yīng)的高度值。

通過圖1中的幾何關(guān)系可以求得右側(cè)輪心相對于輪軸中心的高度變化為：

2.3 克服輪胎垂向載荷所需的操縱力矩

式中？漬為前起支柱的傾角，？酌為輪胎接地點和支柱的連線與機身對稱面的夾角，R為輪胎接地點到支柱的距離。

至此，得到前起落架轉(zhuǎn)彎所需要的非摩擦損耗力矩為：

T=T1+T2+T3

2.4 機構(gòu)摩擦損耗

假設(shè)前輪轉(zhuǎn)彎機構(gòu)的效率為？濁，機構(gòu)摩擦損耗可據(jù)此計算。

所以通過以上敘述綜合考慮可得飛機轉(zhuǎn)彎所需的最大轉(zhuǎn)彎力矩為：

Ttotal=T/

3 算例

下面文章以現(xiàn)有的某型號單通道飛機為例，估算其所需的前輪轉(zhuǎn)彎力矩與轉(zhuǎn)彎機構(gòu)實際可提供的力矩進行對比，來驗證該計算方法的可靠性。由于缺乏詳細全面的數(shù)據(jù)，文章計算過程中采用的個別數(shù)據(jù)可能不夠準確，估算結(jié)果供參考。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

通過本方法計算得出該飛機前輪轉(zhuǎn)彎所需力矩約為7195Nm，轉(zhuǎn)彎機構(gòu)可以提供的轉(zhuǎn)彎力矩為7279Nm，轉(zhuǎn)彎機構(gòu)滿足該飛機的使用要求，該結(jié)果在一定程度上證明了文章所述計算方法的可靠度。

4 結(jié)束語

文章簡述了飛機前輪轉(zhuǎn)彎操縱力矩計算在飛機起落架設(shè)計中的重要作用，并給出了轉(zhuǎn)彎操縱力矩的詳細計算方法，可以為飛機起落架設(shè)計者在今后的工作中提供有益的借鑒。

參考文獻

[1]《飛機設(shè)計手冊》總編委員會編.飛機設(shè)計手冊（14）[M].北京：航空工業(yè)出版社，2002.

[2]諾曼·斯·柯里.飛機起落架設(shè)計原理和實踐[M].北京：航空工業(yè)出版社，1990：1-7.

作者簡介：楊尚新（1983-），男，山東棗莊人，碩士研究生，工程師，研究方向：起落架設(shè)計，包含結(jié)構(gòu)設(shè)計、機構(gòu)設(shè)計和性能分析。