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资料简介
本文通过有限元软件对某型直升机主起落架活塞杆进行三维建模分析，探讨了垂直着陆和前飞着陆两种状态下活塞杆的应力应变情况，以及不同状况下的疲劳寿命预测。研究结果对于提高直升机起落架的安全性和可靠性具有重要意义。
文件名称：某型直升机主起落架活塞杆疲劳寿命分析.pdf
文件类型：PDF文档
文件标签：直升机技术、疲劳寿命、有限元分析
内容预览
总第１６３期
２０１０年第２期
直
升
机
技
术
ＨＥＬＩＣＯＰＴＥＲＴＥＣＨＮＩＱＵＥ
ＴｏｔａｌＮｏ．１６３
Ｎｏ．
２
２０ｌＯ
文章编号：１６７３—１２２０（２０１０）０２－０４８－０５
某型直升机主起落架活塞杆疲劳寿命分析
李
玲１，林乐旗２，姜
伟１
（１．海军航空工程学院青岛分院航空机械系，山东青岛２６６０４１；
２．第二炮兵士官学校基础部机械基础教研室，山东青州２６２５００）
摘要起落架是直升机的关键部位，其缓冲装置中的缓冲支柱（主要指活塞杆）受力复杂，本文通过有限元
软件对活塞杆进行三维建模分析，针对直升机在垂直着陆和前飞着陆这两个最危险状态下的缓冲支柱活塞
杆的应力应变进行了计算，并根据结果采用名义应力法估算了不同状况下活塞杆的疲劳寿命。
关键词活塞杆；垂直着陆；前飞着陆；疲劳寿命
中图分类号：Ｖ２１５．２＋３
文献标识码：
Ａ
ＦａｔｉｇｕｅＬｉｆｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｉｓｔｏｎＲｏｄｉｎｔｈｅＭａｉｎ
ＬａｎｄｉｎｇＧｅａｒｏｆａＨｅｌｉｃｏｐｔｅｒ
ＬＩＬｉｎ９１，ＬＩＮＬｅｑｉ２，ＪＩＡＮＧＷｅｉｌ
（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＡｖｉａｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＲｅｐａｉｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＢｒａｎｃｈ，ＮａｖａｌＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＥｎｓｉｎｅｅｆｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０４１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＭａｃｈｉｎｅＳｔａｆｆＲｏｏｍ，Ｂａｓｉｃ—ｓｕｂｊｅｃｔＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，
ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＡｒｔｉｌｌｅｒｙＰｅｔｔｙＯｆｆｉｃｅＳｃｈｏｏｌ，ＱｉｎｇＺｈｏｕ２６２５００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅｌａｎｄｉｎｇｇｅａｒｉｓａｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ．Ｌｏａｄｓａｃｔｅｄｏｎｔｈｅｂｕｆｆｅｒｐｉｌｌａｒｓ
ｐｉｓｔｏｎｒｏｄｉｎｔｈｅｍａｉｎｌａｎｄｉｎｇｇｅａｒｉｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ．Ｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｉｎｔｈｅｐｉｓｔｏｎｒｏｄｕｎｄｅｒｖｅｒｔｉｃａｌ
ｌａｎｄｉｎｇｌｏａｄｓａｎｄｆｏｒｗａｒｄｆｌｉｇｈｔｌａｎｄｉｎｇｌｏａｄｓｗ酗ａｎａｌｙｚｅｄｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｎｔｈｅｆａ－
ｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｐｉｓｔｏｎｒｏｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｉｎｇｗａＢｐｒｅｄｉｃｔｅｄｂｙｔｈｅｎｏｍｉｎａｌｓｔｒｅｓｓｍｅｔｈｏｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
ｐｉｓｔｏｎｒｏｄ；ｖｅｒｔｉｃａｌｌａｎｄｉｎｇ；ｆｏｒｗａｒｄｆｌｉｇｈｔｌａｎｄｉｎｇ；ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ
１
前言
起落架是直升机的关键部位，在直升机的着陆
和滑行中要承受很大的冲击载荷，其缓冲支柱的主
要承力构件就是活塞杆，在起飞、着陆过程中受交变
载荷的作用，其应力集中部位容易出现疲劳裂纹，不
仅影响起落装置的减振性能，还会严重影响直升机
的飞行安全。因此，做好起落装置的维护工作十分
重要。
本文针对某型直升机主起落架缓冲支柱的活塞
杆，运用大型商用有限元软件，在对其几何模型及受
力分析简化的基础上，建立了活塞杆的三维有限元
模型，分析计算了直升机在垂直着陆和带前飞着陆
两个最危险状态下的应力、应变分布情况。对于垂
直着陆，考虑了三种不同动载冲击系数下的加载情
况；对于前飞着陆，考虑了轮胎和地面之间三种不同
摩擦因数及机轮刹车时的加载情况，进行了分析计
算。在对两种不同着陆状态加载求解时，考虑了两
种不同的加载形式，得到直升机在垂直着陆时的最
危险点在缓冲支柱活塞杆上端与活塞相连接部位内
收稿日期：２０１０－０１・１２
作者简介：李玲（１９７０・），女，山东昌乐人，硕士，讲师，主要研究方向：飞机结构强度及修理。
万方数据
２０１０年第２期
李玲，林乐媛，姜伟：某型直升机主起落架活塞杆疲劳寿命分析
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侧；在前飞着陆过程中的最危险点也在活塞杆与活
塞连接部位的内前侧。并根据应力、应变的计算结
果，初步估算出两种着陆状态时活塞杆的疲劳寿命。
２
主起落架缓冲支柱活塞杆的简化及
受力
每个起落架包括一个油液缓冲支柱和～个液压
控制的收放作动筒。油液缓冲支柱吸收直升机着陆
时的能量，缓冲滑行时产生的垂直加速度和启动停
车时旋翼产生的颤振；收放作动筒利用液压力控制
起落架的收起和放下。
某型直升机主起落架减振装置由缓冲支柱和轮
胎两部分组成。直升机接地着陆时，减振装置（轮
胎和减振支柱）象弹簧那样产生变形，延长接地垂
直速度减为零的时间，从而减小了撞击力。
２．１
主起落架缓冲支柱的工作原理
如图１所示，缓冲支柱由外筒、内简、活塞、带小
孔的隔板和密封装置等组成。外筒内腔下部装有油
液，上部充有气体（氮气或冷气）。在起落架受到撞
击载荷时，减振支柱受压缩。这时，由于活塞相对于
外筒的运动，使外筒下腔的油液通过隔板上的小孔
流入上腔，气体受到压缩。这样，直升机垂直运动的
能量就被气体的压缩变形和油液流动的阻尼有所吸
收。从原理上说，这种减振支柱相当于一个弹簧和
一个阻尼器，二者并连成一体，弹簧就相当于气体，
油气式减振器就是利用气体的压缩变形吸收撞击能
量减小撞击力；利用油液高速流过小孑Ｌ的摩擦消耗
能量减弱颠簸。
外筒
带小孔的隔板
活塞
密封装置
内筒（活塞杆）
图ｌ
主起落架缓冲支柱的结构简圈
２．２缓冲支柱活塞杆的受力分析
缓冲支柱活塞杆的材料为ＴＣ４，其力学性能参
数如下表１所示‘５１。
表１
ＴＯ力学性能参数表
主起落架缓冲支柱的受力由直升机所处状态来
决定，简单分为停机、起飞、飞行和着陆四种情况。
其中，停机缓冲支柱承受飞机机身重力；起飞缓冲支
柱承受载荷小于机身重力；飞行缓冲支柱不受力；着
陆缓冲支柱承受冲击载荷。显然，缓冲支柱在着陆
过程中承受的载荷最大，处于最危险状态。因此，本
文主要分析缓冲支柱活塞杆在着陆过程中的受力情
况。在直升机垂直和前飞着陆时，缓冲支柱活塞杆
只在竖直方向上发生位移，当活塞缸内的油液压缩
到极限位置时，活塞杆受力最危险，本文着重分析计
算该危险状态的应力应变情况。
２．２．１活塞杆在垂直着陆时的受力分析
直升机垂直着陆时，缓冲支柱活塞杆主要受竖
直方向上由机身重量和着陆速度造成的冲击载荷，
受力简图见图２。
转轴
Ｊ｜Ｉ
机轮
地面
ｔ飞尊沈
（ａ）垂直着陆时主起落架受力
（ｂ）前飞着陆时活塞杆受力
图２活塞杆在垂直着陆时的受力简图
当直升机垂直着陆时，缓冲支柱活塞杆除了下
端受到地面冲击载荷外，上表面和内表面还受平衡
冲击载荷的均布载荷（即油压）。该型直升机停机
时，每个主起落架承担的重量大约为１５００ｋｇ，冲击
载荷系数取决于飞机的垂直着陆速度，根据资料…
可知正常垂直降落时，重心处载荷因数为２．０，最大
万方数据
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直升机技术
总第１６３期
不超过４．０，因此本文根据不同情况将动荷系数分
别取为１．５、２．５、３．５三种情况分析计算。
２．２．２活塞杆在前飞着陆中的受力分析
由于直升机在前飞着陆过程中轮胎受水平方向
上的摩擦力，因此，根据力线平移，缓冲支柱活塞杆
与垂直着陆相比在轮毂一侧有水平力和机轮竖直平
面内的力偶矩作用。摩擦力的大小取决于轮胎和地
面之间的摩擦因数以及轮胎在竖直方向上承受的最
大冲击载荷确定。轮胎和地面之间不同的接触状
况，摩擦因数取值也不同，本文主要计算地面冲击载
荷系数为１．５时，机轮与地面摩擦因数分别取Ｏ．５、
Ｏ．...