飞机起落架(初步设计与布局)2 轮胎的选择

在上一章节中,我们已经得出了主起落架的停机载荷。通过将这一载荷按每个支柱轮胎的数量进行分配,我们可以进一步得到单个轮胎的停机载荷。对于前起落架,我们需要同时考虑停机和刹车两种载荷的叠加效应,然后再根据轮胎数量进行分配,从而得出前起落架单个轮胎的停机与刹车载荷叠加值。有了这些载荷数据,我们就可以参考轮胎厂的轮胎目录来进行选择了。以下是一些经典的美国轮胎数据,供大家参考:
飞机起落架(初步设计与布局)2 轮胎的选择-有驾
以某个具体案例为例,假设飞机最大重量为20400kg,主起落架的最大停机载荷为95.2kN/每个,前起落架的最大停机载荷为28kN,最大刹车载荷为50.3kN,飞机在地面上的最大速度为330km/h。按照规定,每个主起落架安装两个轮胎,每个前起落架也安装两个轮胎。这样,单个轮胎的载荷就分别为47.6kN、14kN和25.2kN。
为避免因飞机重量波动导致的轮胎费用重设计问题,在实际应用中,我们会对这些载荷乘以一个增值系数,通常可取25%。因此,最终用于轮胎选择的载荷值分别调整为主起落架轮胎载荷59.5kN,前起落架轮胎停机载荷17.5kN,以及前起落架刹车载荷31.5kN。
想要实现飞机的最轻量化,选择轮胎时应尽量使其额定载荷接近上述计算值。表2–2列出了适用于本案例的轮胎,可以看出,确实存在能满足这些载荷要求的轮胎。但请注意,选择轮胎时应基于放大后的载荷,而非原始载荷。对于歼击机而言,轮胎的最小重量和尺寸至关重要,而轮胎压力则相对次要。因此,主起落架可能会选用尺寸为25in×6.75in的轮胎。
如果是通用喷气式飞机,主轮则可能会选用29in×7.7in的轮胎。在正常的轮胎变形范围内,其载荷与压力之间几乎呈线性关系。也就是说,如果承载为61.4kN时需要1.59MPa的压力,那么对于实际载荷为47.6kN的轮胎,就只需要1.24MPa的压力。民用飞机则更倾向于选择低压轮胎,以延长轮胎使用寿命并减小对跑道的压力。对于通用喷气式飞机的前轮胎,26in×6.6in的轮胎是个不错的选择,其在实际承载条件下的充气压力接近0.62MPa。
关于轮胎选择的一些折中方案,我们将在后续章节中详细讨论。例如,如果前轮胎的重量为12.3kg,当选用较高压力时,轮胎尺寸可减小至18in×5.7in,重量也随之减至6.22kg。这意味着,每架飞机都有两种轮胎选择方案:为了获得较低的轮胎压力,我们需要付出轮胎重量增加的代价,即增加至12.3kg。
为了根据轮胎的垂直变形来确定其位置,我们需要查看轮胎选择表中受载后的轮胎半径。以29in×7.7in的主起落架轮胎为例,其受载后的半径为310mm,这表示在飞机停机状态下,从地面到轮轴中心的距离。此时,轮胎处于最佳变形状态。对于前起落架轮胎来说,情况则稍微复杂一些:根据定义,在3.05m/s^2的刹车减速度动载荷作用下,轮胎的变形量应为48%。通过使用实际的载荷-变形曲线以及前面提到的前轮胎数据(26in×6.6in,0.62MPa),我们可以根据前起落架的停机载荷来确定轮胎的变形量,进而确定前轮的中心位置。与主起落架类似,这一点也成为了确定缓冲器支柱压缩和伸长位置的起点。
至此,在方案设计阶段,起落架方面的主要工作已经完成。在三面图中,轮胎采用与飞机结构不直接关联的符号来表示,如图2–4所示。
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