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CN113911322A - 一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法 - Google Patents

一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法 Download PDF

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CN113911322A CN202111376072.2A CN202111376072A CN113911322A CN 113911322 A CN113911322 A CN 113911322A CN 202111376072 A CN202111376072 A CN 202111376072A CN 113911322 A CN113911322 A CN 113911322A
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王影
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Abstract

本申请提供一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法，所述方法包括：确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C；将连接点A、连接点B和连接点C与机体支撑结构连接；确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，其中，载荷传递类型包括每个连接点的力和力矩；根据载荷传递类型，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值；根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装形式；根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装尺寸。

Description

一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法
技术领域
本发明涉及航空器起落架及机体结构强度设计领域，特别是涉及一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法。
背景技术
大型直升机由于自身重量大(20吨以上)，在着陆及地面载荷工况下，起落架承担的载荷量级远大于现役中型直升机，以采用前三点起落架布置的直升机为例，最大重量状态下三点水平着陆时，前起落架承受的垂向载荷约与现役中型直升机整机重量相当。前起落架支撑结构由于设计重量的限制，支撑结构并不能设计得笨重，同时还要考虑拆装维护的便利性。基于以上两点设计限制，需合理设置前起落架连接点的载荷传递路径，并通过相应的连接及支撑结构，实现载荷传递需求。
发明内容
本申请提供了一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法，既能提高支撑结构重量效率，又能实现起落架快速拆装，提高了维护性。
本发明的技术方案：本申请提供一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法，所述方法包括：
确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C；
将连接点A、连接点B和连接点C与机体支撑结构连接；
确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，其中，载荷传递类型包括每个连接点的力和力矩；
根据载荷传递类型，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值；
根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装形式；
根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装尺寸。
具体的，连接点A与不可收放式前起落架的固定支柱连接，或者，连接点A与可收放式起落架的液压作动筒连接；
连接点B与前机身右纵梁腹板连接；
连接点C与前机身左纵梁腹板连接。
具体的，起落架载荷为Fx0、Fy0、Fz0三个方向的力，其中：
垂向载荷Fz0由连接点B、连接点C的Fzb、Fzc的力传递；
侧向载荷Fy0由连接点B的Fyb力传递；
航向载荷由连接点A、连接点B、连接点C的Fxa、Fxb、Fxc的力传递，
其中，Fxa为连接点A在x向的力；Fxb、Fyb、Fzb为连接点B分别在x向、y向、z向的力；Fxc、Fzc为连接点C分别在x向、z向的力。
具体的，根据载荷传递类型，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，具体包括：
根据力及力矩平衡原理，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，载荷传递数值包括Fxa、Fxb、Fyb、Fzb、Fxc、Fzc。
具体的，根据力及力矩平衡原理，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，具体包括：
根据以下公式，计算出连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值Fxa、Fxb、Fyb、Fzb、Fxc、Fzc。
垂向载荷：Fz0＝Fzb+Fzc；
侧向载荷：Fy0＝Fyb；
航向载荷：Fx0＝Fxa+Fxb+Fxc；
My力矩平衡：Fx0*(L1+L2)＝Fxb*L1，Fxb＝Fxc；
Mx力矩平衡：Fy0*(L1+L2)＝Fzb*L3*0.5-Fzc*L3*0.5
其中，Fx0、Fy0、Fz0、L1、L2、L3为预先确定的数值，L1为连接点A到BC轴线的距离，L2为BC轴线到点O的距离，L3为连接点B与连接点C的距离。
具体的，根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装尺寸，具体包括：
根据Fxa确定连接点A处的单、双耳片的尺寸及连接螺栓牌号；
根据Fxb、Fyb、Fzb确定连接点B处的插销尺寸及关节轴承、衬套、垫片、螺母牌号；
根据Fxc、Fzc确定连接点C处的插销尺寸及关节轴承、衬套牌号。
具体的，根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装形式，具体包括：
在左纵梁插销开孔处分别安装衬套及关节轴承，在右纵梁腹板插销开孔处分别安装衬套、关节轴承，右纵梁腹板另一侧放入垫片，衬套螺母。。
具体的，将连接点A、连接点B和连接点C与机体支撑结构连接，具体包括：
连接点A采用耳片与不可收放式前起落架的固定支柱连接，或者，与可收放式起落架的液压作动筒连接；
连接点B采用可拆卸式插销与前机身右纵梁腹板连接；
连接点C采用可拆卸式插销与前机身左纵梁腹板连接。
综上所述，本申请提供的直升机前起落架连接及支撑结构设计中，利用该方法合理设计了载荷传递路径，通过该方法减轻了起落架支撑结构重量，提高了结构效率。同时整个过程还考虑了拆装的实现，便于日常使用维护。
附图说明
图1为本申请提供的一种前起落架及连接点示意图；
图2为本申请提供的一种连接点载荷传递示意图；
图3为本申请提供的一种各连接点距离示意图；
图4为本申请提供的一种左、右纵梁开孔处附件安装图；
图5为本申请提供的一种起落架左右插销安装及固定示意图；
图6为本申请提供的一种后部支撑结构载荷传递示意图。
具体实施方式
实施例一
本申请提供了一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法，方法包括：
步骤101：确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C。
如图1所示，本申请以前起落架顶部支撑结构逆航向布置为例，前起落架有A、B、C三个连接点。其中，连接点A与不可收放式前起落架的固定支柱连接，或者，连接点A与可收放式起落架的液压作动筒连接；连接点B与前机身右纵梁腹板连接，连接点C与前机身左纵梁腹板连接。
步骤102：将连接点A、连接点B和连接点C与机体支撑结构连接。
连接点A采用耳片与不可收放式前起落架的固定支柱连接，或者，与可收放式起落架的液压作动筒连接连接。
连接点B采用可拆卸式插销与前机身右纵梁腹板连接。
连接点C采用可拆卸式插销与前机身左纵梁腹板连接。
实际应用中，连接点A采用单、双耳片连接，单耳内部安装关节轴承。
步骤103：确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，其中，载荷传递类型包括每个连接点的力和力矩。
具体的，前起落架坐标系xyz定义：x轴取逆航向为正；y轴顺航向右侧为正；z轴垂直于x轴、z轴向上为正。
其中，Fx0、Fy0、Fz0为前起落架分别在x向、y向、z向的载荷；Fxa为连接点A在x向的力；Fxb、Fyb、Fzb为连接点B分别在x向、y向、z向的力；Fxc、Fzc为连接点C分别在x向、z向的力；
Mx为绕x轴的力矩、My为绕y轴的力矩。
如图2所示，为载荷传递示意图，起落架载荷为Fx0、Fy0、Fz0三个方向的力，其中，垂向载荷Fz0由连接点B、连接点C的Fzb、Fzc的力传递。侧向载荷Fy0由连接点B的Fyb力传递。航向载荷由连接点A、连接点B、连接点C的Fxa、Fxb、Fxc的力传递。航向载荷Fx0产生的力矩My，由连接点A的Fxa与连接点B、连接点C的Fxb、Fxc形成的力偶扩散。侧向载荷Fy0产生的力矩Mx，由连接点B、连接点C的Fzb、Fzc形成的力偶扩散。
步骤104：根据载荷传递类型，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值。
具体的，根据力及力矩平衡原理，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，载荷传递数值包括Fxa、Fxb、Fyb、Fzb、Fxc、Fzc。
垂向载荷：Fz0＝Fzb+Fzc；
侧向载荷：Fy0＝Fyb；
航向载荷：Fx0＝Fxa+Fxb+Fxc；
My力矩平衡：Fx0*(L1+L2)＝Fxb*L1，Fxb＝Fxc；
Mx力矩平衡：Fy0*(L1+L2)＝Fzb*L3*0.5-Fzc*L3*0.5
其中，Fx0、Fy0、Fz0、L1、L2、L3为预先确定的数值，L1为连接点A到BC轴线的距离，L2为BC轴线到点O的距离，L3为连接点B与连接点C的距离。
如图3所示，为公式符号标示。载荷计算时，考虑三点水平着陆、三点水平有阻力、侧移着陆等典型着陆工况。
步骤105：根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装形式。
起落架载荷为Fx0、Fy0、Fz0三个方向的力，连接点A传递x向的力Fxa；连接点B分别传递x向、y向、z向的力Fxb、Fyb、Fzb；连接点C分别传递x向、z向的力Fxc、Fzc。
如图4所示，为实现载荷传递，左、右纵梁插销安装孔处附件安装。在左纵梁插销开孔处分别安装衬套及关节轴承，在右纵梁腹板插销开孔处分别安装衬套、关节轴承，右纵梁腹板另一侧放入垫片，衬套螺母。
如图5所示，为实现载荷传递，起落架插销的安装及固定示意图。第一步，左插销通过左纵梁腹板开孔插入起落架；第二步，右插销通过左纵梁腹板开孔插入起落架，然后放入垫片，拧紧螺母，打保险；第三步，安装左、右插销固定螺栓。经过这三步，左起落架接头与左纵梁的装配间隙大于右起落架接头与右纵梁的装配间隙，起落架在侧向受载时，左起落架接头与左纵梁不发生接触，即在连接点C不产生侧向载荷，只有连接点B产生侧向载荷Fyb，拉或压右纵梁连接部位，进入扩散Y向载荷。
步骤106：根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装尺寸。
具体的，根据Fxa确定连接点A处的单、双耳片的尺寸及连接螺栓牌号；
根据Fxb、Fyb、Fzb确定连接点B处的插销尺寸及关节轴承、衬套、垫片、螺母牌号；
根据Fxc、Fzc确定连接点C处的插销尺寸及关节轴承、衬套牌号。
后部支撑结构载荷传递。由于连接点A、连接点D处都有关节轴承，连接点A处载荷Fxa通过固定支柱或液压作动筒传递到连接点D处，会在连接点D产生较小的Y向、Z向载荷分量，需要利用侧向角盒向两侧结构扩散，主要的航向载荷Fxd约等于Fxa，沿纵向角盒向结构扩散。
本发明的关键点：三连接点的大型直升机前起落架，通过相应结构设计使顶部连接点只传递航向载荷Fx，不传递XOY面内的载荷(Fx、Fy)；与左右纵梁连接的两个连接点传递航向Fx、垂向Fz载荷，同时只有单侧纵梁连接点传递侧向载荷Fy。通过这样的载荷传递设计，避免前起落架顶部连接点增加庞大的面内机加连接板件，同时不传递侧向载荷的纵梁不需要增加侧向载荷扩散结构。通过以上措施，明显减轻了前起落架支撑结构重量，提升了结构效率。为了实现以上的载荷传递目标，需要设计顶部连接点纵向扩散结构，左右纵梁连接点通过不同插销安装形式及装配实现。
实施例二
S1：针对图1典型前起落架构型，连接点A传递航向载荷Fx，连接点B传递航向Fx、侧向Fy、垂向Fz三个方向的载荷，连接点C传递航向Fx、垂向Fz载荷；
S2：通过结构形式及装配实现S1的载荷实现。起落架顶部连接点A采用沿逆航向布置的固定支柱(不可收放式前起落架使用)或液压作动筒(可收放式起落架，逆航向收起)；左右纵梁腹板开孔处都安装关节轴承，右侧插销端部采用螺母连接，左侧端部无螺母，且右侧起落架接头安装间隙小于左侧，这样实现了右侧接头可传递Fx、Fy、Fz，而右侧只能传递Fx、Fz。为了防止插销脱出，左、右插销与起落架采用螺栓固定；
S3:根据步骤S2的载荷设计，以三种大型直升机典型着陆工况计算各连接点的载荷具体分配。各工况载荷见表1；
表1三种工况下着陆载荷数值
工况名称 Fx(N) Fy(N) Fz(N)
工况1 0 71000 88000
工况2 65000 0 230000
工况3 0 0 490000
根据图3长度标示，L1＝385mm，L2＝1115mm，L3＝920mm，根据力及力矩平衡方程，求出三个连接点处的具体载荷。
工况1-工况3下，三个连接点的载荷分别见表2-表4。
表2工况1连接点载荷
工况名称 Fx(N) Fy(N) Fz(N)
顶部连接点A 0 / /
右侧连接点B 0 -71000 -130049
左侧连接点C 0 / 42049
表3工况2连接点载荷
工况名称 Fx(N) Fy(N) Fz(N)
顶部连接点A 188246 / /
右侧连接点B -126623 0 -114999
左侧连接点C -126623 / -114999
表4工况3连接点载荷
工况名称 Fx(N) Fy(N) Fz(N)
顶部连接点A 0 / /
右侧连接点B 0 0 -24500
左侧连接点C 0 0 -24500
S4：根据步骤3计算得到的三个连接的数值，确定三个连接点处插销尺寸、螺栓尺寸；
S5：根据右侧连接处的载荷值，确定传递载荷结构的形式及尺寸；
S6：根据顶部连接点处的载荷值，确定航向传载结构的形式及尺寸，最终完成前起落架连接设计。
综上所述，本申请提供的直升机前起落架连接及支撑结构设计中，利用该方法合理设计了载荷传递路径，通过该方法减轻了起落架支撑结构重量，提高了结构效率。同时整个过程还考虑了拆装的实现，便于日常使用维护。

Claims (8)

1.一种大型直升机前起落架连接及载荷传递方法，其特征在于，所述方法包括：
确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C；
将连接点A、连接点B和连接点C与机体支撑结构连接；
确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，其中，载荷传递类型包括每个连接点的力和力矩；
根据载荷传递类型，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值；
根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装形式；
根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装尺寸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
连接点A与不可收放式前起落架的固定支柱连接，或者，连接点A与可收放式起落架的液压作动筒连接；
连接点B与前机身右纵梁腹板连接；
连接点C与前机身左纵梁腹板连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，起落架载荷为Fx0、Fy0、Fz0三个方向的力，其中：
垂向载荷Fz0由连接点B、连接点C的Fzb、Fzc的力传递；
侧向载荷Fy0由连接点B的Fyb力传递；
航向载荷由连接点A、连接点B、连接点C的Fxa、Fxb、Fxc的力传递，
其中，Fxa为连接点A在x向的力；Fxb、Fyb、Fzb为连接点B分别在x向、y向、z向的力；Fxc、Fzc为连接点C分别在x向、z向的力。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据载荷传递类型，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，具体包括：
根据力及力矩平衡原理，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，载荷传递数值包括Fxa、Fxb、Fyb、Fzb、Fxc、Fzc。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据力及力矩平衡原理，确定连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，具体包括：
根据以下公式，计算出连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值Fxa、Fxb、Fyb、Fzb、Fxc、Fzc:
垂向载荷：Fz0＝Fzb+Fzc；
侧向载荷：Fy0＝Fyb；
航向载荷：Fx0＝Fxa+Fxb+Fxc；
My力矩平衡：Fx0*(L1+L2)＝Fxb*L1，Fxb＝Fxc；
Mx力矩平衡：Fy0*(L1+L2)＝Fzb*L3*0.5-Fzc*L3*0.5
其中，Fx0、Fy0、Fz0、L1、L2、L3为预先确定的数值，L1为连接点A到BC轴线的距离，L2为BC轴线到点O的距离，L3为连接点B与连接点C的距离。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递数值，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装尺寸，具体包括：
根据Fxa确定连接点A处的单、双耳片的尺寸及连接螺栓牌号；
根据Fxb、Fyb、Fzb确定连接点B处的插销尺寸及关节轴承、衬套、垫片、螺母牌号；
根据Fxc、Fzc确定连接点C处的插销尺寸及关节轴承、衬套牌号。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据连接点A、连接点B和连接点C的载荷传递类型，确定前起落架连接点A、连接点B和连接点C的具体安装形式，具体包括：
在左纵梁插销开孔处分别安装衬套及关节轴承，在右纵梁腹板插销开孔处分别安装衬套、关节轴承，右纵梁腹板另一侧放入垫片，衬套螺母。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将连接点A、连接点B和连接点C与机体支撑结构连接，具体包括：
连接点A采用耳片与不可收放式前起落架的固定支柱连接，或者，与可收放式起落架的液压作动筒连接；
连接点B采用可拆卸式插销与前机身右纵梁腹板连接；
连接点C采用可拆卸式插销与前机身左纵梁腹板连接。
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