大型民用飞机起落架应急断离分析与仿真

杜瑞 ，许锋

(南京航空航天大学 飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，江苏 南京210016)

    起落架应急断离设计是民用飞机设计中必须考虑的问题。根据适航相关规定，论述了起落架应急断离设计的结构设计要求。基于LMS Virtual. Lab Motion多体动力学仿真平台，建立了某型民用飞机主起落架的动力学仿真模型。完成主起落架自由落震、地面滑跑过障碍物等情况的仿真计算，并着重对仿真过程中各断离点载荷进行分析，确定了相应的断离载荷和断离序列，实现了大型民用飞机起落架应急断离动力学特性的分析与仿真。

    起落架是飞机重要的承力并兼有操纵特性的部件，在起降过程中，担负着极其重要的使命。飞机的起飞和着陆是飞机事故的多发阶段，大量统计表明，有50% 以上的安全事故发生在飞机起飞、着陆阶段，这就要求起落架系统具有极高的安全特性［1］。

    在民用飞机的设计中，为了降低事故的严重程度，减少对机组人员及乘客的伤害，国外成熟的机型往往在飞机主起落架结构与机翼连接处采用应急断离设计。在起落架结构承受大过载的情况下，实现起落架与机翼结构的安全分离，从而避免因起落架失效而引发周边机翼机身结构的破坏，保护机翼油箱，防止失火爆炸［2］。

    本文基于LMS Virtual. Lab Motion软件在三维空间建立了某型民用飞机的主起落架多体动力学模型，对飞机起降过程中可能遇到的大过载情况进行动力学仿真分析，对比不同参数对起落架应急断离特性的影响，得出相关结论，为起落架应急断离设计提供参考。

1结构设计要求

    起落架应急断离设计属于飞机结构抗坠性的研究内容。飞机结构的抗坠性是指在相关情况下飞机结构的安全性，这种结构安全性是指在坠撞发生时保障飞机上人员安全的特性，即结构可以发生破坏，但是尽量保障飞机上人员的安全［3］。

    在空难事故中，燃油溢出引发火灾甚至爆炸是造成大量人员伤亡的重要原因。为了避免因起落架的失效而引起机翼机身结构件的破坏，保护机翼油箱，现代民用飞机主要通过在起落架接头部位设计薄弱区来实现紧急情况下起落架结构与机翼机身结构的安全分离。常见的薄弱结构为轴销形式，因而称为应急断离销［4］。

    美国联邦航空管理局（FAR）颁布的FAR25适航标准和中国民用航空管理局（CAAR）颁布的CCAR25适航标准都对起落架应急断离做了明确的规定。

    其中在CCAR25部［5］的25.721（a）中规定，主起落架系统设计必须符合如下要求，即如果在起飞和着陆过程中起落架因超载而损坏（假定超载向上向后作用），其损坏状态不可能导致下列后果：

    a.客座量（不包含驾驶员）等于或小于9座的飞机，机身内任何燃油系统溢出足够量的燃油构成起火危险。

    b.客座量（不包含驾驶员）等于或大于10座的飞机，燃油系统任何部分溢出足够量的燃油构成起火危险。

    在25.305中对应急断离结构有如下要求:

    a.结构必须能够承受限制载荷而无有害的永久变形。在直到限制载荷的任何载荷作用下，变形不得妨碍安全运行。

    b.结构必须能够承受极限载荷至少3s而不破坏.......

作者简介：杜瑞（1989—），男，江苏淮安人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为飞机结构动力学仿真。
（文章来源《机械设计与制造工程》如需详细资料请联系江苏机械门户网025-83726289）