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1、机电工程技术2012年第41卷第01期 摘要：对油液式减摆器的结构和工作原理进行分析，在飞机整个起飞、着陆剖面内的交变载荷下，油液阻尼及弹簧的减摆器结 构实现了电动转弯系统主动转弯、滑跑纠偏以及防摆等方面的有机结合，可为相关设计提供参考。 关键词：电动转弯；减摆器；阻尼；防摆；主动转弯 中图分类号：V22文献标识码：B文章编号：10099492 (2012) 01004903 Shimmys Design and Analysis of Electric Steering System ZHANG Wei，LIAO Ping，WANG Zhao-hong （AVIC Landing gear
2、Advanced Manufacturing Corp.，Changsha410200，China） Abstract:This paper analyzes the structure and working-principle of the oil-type shimmy. At the point of the irregular loads that are aroused in the profile of taking off and landing，the product can achieve aircrafts initiative steering，correcting a
3、n error and preventing oscillation. And this paper may be referenced by pertinent design. Key words:electric steering；shimmy；damp；preventing oscillation；initiative steering 电动转弯系统减摆器的设计分析 张威，廖平，汪赵宏 （中南大学 机电工程学院， 湖南长沙410200） DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2012. 01. 013 收稿日期：20110707 1前言 随着无人机产业的
4、快速发展，对其安全性、 高速性、机动性提出更高的要求。起落架是飞机 起飞着陆的关键部件，直接关系到飞机的安全。 发展起落架全电控制是今后无人机的发展趋势， 目前国内对无人机起落架电动转弯装置的结构和 控制原理还缺乏深入的研究，而电动转弯装置中 减摆器是影响无人机全电控制关键因素之一。 飞机在整个起飞、着陆剖面内的交变载荷 下，减摆器不仅是电动转弯系统实现主动转弯、 滑跑纠偏过程中的一个重要连接件，同时减摆器 可提供足够的防摆动态阻尼，防止主要由机轮绕 定向轴转动和地面接触部分的变形，引起前轮剧 烈侧向摆动而导致前起落架支柱和前机身的晃 动，甚至形成整个机身的颤振。因此，开展起落 架减摆器的研发
5、具有重要的理论意义和广泛的应 用前景。为此，根据市场需求进行了某型式油液 弹簧减摆器的结构设计，并对该结构进行了研究 分析。 2结构设计及工作原理 起落架电动转弯控制系统如图1所示，其主 要由减摆器、控制器、无刷直流电机、无刷直流 电机减速器、连接轴、连接杆、角度传感器等组 图1电动转弯系统原理图 研究与开发 49 机电工程技术2012年第41卷第01期 成。在地面滑跑转弯时，控制器控制电机转动， 电机通过连接轴、减摆器（此时，减摆器通过两 个弹簧作用而使减摆器为一刚性元件） 、连接杆将 力传递给机轮，从而驱动机轮绕起落架外筒转 动，并通过角度传感器时时向控制器反馈起落架 的转动角度，实现起落
6、架的转弯功能。当机轮承 受侧向冲击能量引起机轮的偏摆时，该冲击能量 通过防扭臂、连接杆传递给减摆器，减摆器活塞 杆压缩（拉伸） ，活塞杆运动将压缩减摆器一腔液 压油，使液压油高速通过环形节流孔流入另一 腔，并通过液压阻尼发热及弹簧将起落架所受能 量耗散，确保起落架摆振性能，并能通过减摆器 防止电机受到巨大的冲击能量，缩短其使用寿 命。通过起落架电动转弯控制系统原理分析，减 摆器很好的实现了起落架电动转弯主动控制与被 动阻尼的有机结合。 减摆器主要组成部件如图2所示，减摆器通 过两个弹簧（3）将活塞杆（6）保持在外筒的中 间位置且活塞杆能相对与外筒拉伸或压缩，即向 减摆器两端施加一定的拉（压）力
7、，活塞杆（6） 能相对于外筒（2）向左（右）移动。活塞杆相对 与外筒移动时，将迫使一腔油液通过活塞杆(6)及 油针（9）组成的节流孔流入另一腔，通过节流将 机械能转化为热能在减摆器循环几个周期将其大 部分耗散掉。 3产品设计的关键环节 在飞机主动转弯时，减摆器为刚性结构；同 时，飞机滑跑时又耗散产生的摆振能量。因此， 结构设计中应重点考虑节流阻尼、密封及散热等 因素。 3.1 节流阻尼 节流阻尼设计的好坏将直接影响起落架的摆 振性能，因此对节流阻尼的设计至关重要。但阻 尼的综合影响因素很多，该结构主要确定节流环 形腔大小，初步通过计算，得出几组数据，然后 通过试验确定减摆器的最佳阻尼孔径。 参
8、考文献1，环形油孔油液流量公式如下： Q= D3P 12L () 1+1.52 （1） 式（1）中：= e ； L油孔环长度； 油液相对黏度； 环形缝隙宽度； D油针直径。 由公式（1）知，当油针偏心值达到最大，即 =1时，流量为无偏心时流量的2.5倍。 油孔流经小孔阻力： pFL= F3 L 2f 2 S （2） 由公式（1） 、 （2）可求出偏心环形孔的液压 阻尼系数： = 1 K()1+1.52 （3） 式（3）中：K= D3 24f 2L为环形孔形状系数。 通过以上分析，减摆器节流阻尼设计除考虑 油针直径、活塞相对速度、油液密度及油孔长度 外，应重点考虑通油孔面积及环形腔的偏心。在 设
9、计中应尽可能对通油孔面积进行可调设计，来 满足阻尼要求。 3.2密封问题 由于减摆器在飞机起飞滑跑过程中使用频 1.耳环接头2.外筒3.弹簧4.密封圈5.滑套6.活塞杆 7.轴套8.端盖9.油针10.钢球11.螺塞 图2减摆器简图 图3油针偏心对环形油孔形状的影响 研究与开发 50 机电工程技术2012年第41卷第01期 繁，同时该产品使用环境温度变化较大，为满足 产品摆振性能，除需考虑选用摩擦系数较小、寿 命较高的密封圈外，还需考虑外界环境温度、油 液充填及内腔气体排除因素。 （1）外部密封 活塞杆在收缩过程中与外筒、端盖之间采用 “O”型密封。这种密封形式简单，属于常规密封 形式，很好的实
10、现了动态密封。通过选用合适规 格的密封圈，在保证密封的同时，摩擦力满足设 计要求。 “O”型密封如图4所示。 （2）内部密封 外筒与滑套、滑套与活塞杆之间的内部密封 采用滑环式密封结构 2 。这种密封形式在低摩擦 阻力无爬行现象、无粘滞现象、耐高压、动静态 密封效果均相当良好，摩擦阻力小，长时间停歇 后的启动摩擦阻力基本不上升，工作寿命提高数 倍，较大程度节省了系统的资源。滑环式密封如 图5所示。 （3）排气密封 减摆器在使用过程中，主要是通过左右两腔 的油液串流来实现飞机的减摆。因此，在结构中 应尽可能排除油液中的气体。为此，在减摆器左 右两腔的输入端采用了类似于单向阀结构的设计 思路。如图
11、6所示。在双腔注入适量油液后，通 过螺塞的旋紧对混入的气体可得到有效排除，保 证结构有效工作。 3.3散热问题 减摆器在使用过程中，通过弹簧力的作用可 将其视为刚性体。但当前起落架受到侧向冲击 时，作为一种被动阻尼控制结构，冲击能量大部 分要通过阻尼孔实现左右双腔的油液串流，产生热 能，使油液吸收达到耗散的目的。现阶段使用的 航空液压油其闪点相对较低，因此，在进行结构 设计时，应尽可能地向减摆器中充填油液增大热 能吸收源，增大散热面积，确保冲击能量的耗散。 4结束语 本文主要进行了电动转弯系统减摆器的结构 设计、原理分析及重点考虑因素分析。通过对减 摆器的设计分析，实现了起落架电动转弯与被动 阻尼的有机结合，为电动转弯系统减摆器在起落 架上的推广应用打下了良好基础，积累了一些成 功经验，并且该产品已在某型号产品上成功运 用，对无人机起落架全电系统的设计，具有十分 重要的现实意义。 参考文献： 1飞机设计手册总编委会. 飞机设计手册14M. 北京：航空工业出版社，2002. 2机械工程手册编辑委员会. 机械设计（二） ：第5 卷M. 北京：机械工业出版社，1984. 第一作者简介：张威，男，1980年生，四川绵阳人，大 学本科。研究领域：飞机起落架系统设计。 (编辑： 阮毅) 图4端部“O”型密封 图5格来圈密封形式 图6排气密封结构 研究与开发 51