开头
1998年9月10日,东航586号班机从上海执行起飞时,由于起落架发生故障无法收回,最后紧急折返迫降在了上海虹桥国际机场,这是中国首宗民航飞机迫降事件。
无独有偶的是,2022年3月29日下午,哥伦比亚一架航班遭遇故障返航,在机场紧急迫降,飞机与跑道地面剧烈摩擦,引起极大的火花,不过这次的事故没有造成任何伤害。
从现场的画面来看,飞机着陆后,前起落架的轮胎橡胶已经不见,金属轮毂被磨去了一大半,但起落架却没有被折断。
那么问题来了:小小的飞机起落架,到底是如何能够承受上百吨飞机起降的?
起落架
我们都知道发动机是飞机最重要,也是制造难度最大的部件。
除了发动机以外,飞机上还有哪个部件的制造难度也非常大的,对,就是起落架。
举个例子,如果把发动机比成飞机的心脏,那么起落架就是飞机的双脚。如果飞机没有一双有力的双脚,纵使心脏再强大,也是飞不起来的。
作为唯一一种支撑整架飞机的部件,起落架最重要的作用是,要确保飞机的起飞着陆和滑跑等一系列地面移动系统能够安全执行。
除此之外,飞机在高空飞行时要经受零下50度的低温,而当着陆减速刹车时,还要经受150度的高温。
因此起落架材料除了要具备耐冲击性的能力之外,还要经得起飞机高速接触地面瞬间的冲击力而产生的温差。
正因为如此苛刻的要求,一般材料无法满足,只能依靠特种钢材,比如美国制造的300M超高强度钢。
它是当前世界上强度水平最高、综合性能最好、应用最广泛的起落架用钢。
这种钢最大的优点是强度高、韧性好、疲劳性能优良、抗腐蚀性能强,是制造商首选的钢材,美国90%以上的军民用飞机起落架都用300M钢制造。
目前各类抗震建筑用钢筋的抗拉强度一般在400-500Mpa,而300M抗拉强度高达为1960-2100Mpa,妥妥的4倍以上的差距。
除了先进的材料之外,起落架的结构也是十分精巧的。
别看它的体积不大,内部的零件就有上千种,是飞机机载系统中结构功能最复杂的部分。
起落架最下端是带充气轮胎的机轮,机轮上装有刹车或自动刹车装置,此外还包括承力支柱、减震器、收放机构、前轮减摆器和转弯操纵机构等。
尤其是它的缓冲装置,非常重要。
飞机在落地时,轮胎首先会完成飞机的第一次缓冲,大概会承受10%~15%的飞机重量,接下来起落架的液压装置马上会完成第二次缓冲,承载飞机剩下的重量。
而在这个过程中,大部分撞击能量主要还是要靠减震器来吸收,利用缓冲装置来减小冲击和振动载荷。在吸收撞击能量的同时,使减震器通过来回震荡将吸收来的能量变成热能耗散掉。
两次缓冲下来,起落架支柱受到的力就会减少很大一部分。
据统计,飞机起飞和降落的时间一般不超过10分钟,但飞机事故有68.3%都是在这10分钟内发生的,因此有“黑色10分钟”之说。
所以作为起飞和降落阶段的关键部件,起落架的安全性和可靠性对飞机的重要性可见一斑。
起落架回收
此外,起落架还必须设计成可回收。
早期的飞机飞行速度不快,起落架是不收起来的。
而如今飞机速度越来越快,暴露在外的起落架会产生很大的阻力,将它们收入机体内,能明显降低阻力,实现节油增速,而且还可以减少噪音。
当下,机场对飞机减噪的要求越来越高,并且会根据噪音和排放水平来收取起降费。
2017年7月22日,印度航空运载99名乘客、从加尔各答飞往孟买的676次航班备降那格浦尔。原因就是飞行员在飞机起飞之后忘记收回起落架,导致油量不足,最终飞机只能备降。
可见飞机起飞后如果不收回起落架,是多么费油。
另一方面,起落架这么重要,价格也就很贵。比如空客 A340,它涉及起落架多达 10000 个单独的零件,整个起落架组重达6吨,价值超过5000万人民币,这个价格还不包括车轮和刹车。
国产起落架
目前有三个制造商主导着起落架市场,分别是法国赛峰,美国古德里奇和德国利勃海尔。
尤其是利勃海尔,它为空客A350提供起落架,也为我们的C919研发了起落架和空调。
C919大型客机,想必大家都不陌生,这是中国在2008年研制的具有自主知识产权的干线民用飞机,“C”代表China首字母,同时也代表中国商飞COMAC首字母,第一个“9”寓意天长地久,“19”表示最大载客量190座。
但起落架对于飞机来说,非常重要,总不能一直依赖别人吧。
于是上海宝钢特钢经过多年研究,最终研制成功起落架使用到的300M超高强度钢,目前已通过上海商飞和德国利勃海尔的双重供应商认证,成为目前国内唯一的中国商飞钢起落架合格供应商。
这意味着在C919后续机型上,起落架有望在确保安全起降的前提下实现国产化替代,让国产大飞机从此有了一双"国产脚”。
结尾
一架飞机是成百上千复杂机械和系统的集合,起落架就像飞机的“脚”一样,是支撑整个飞机的重要部件。
而想要设计一个能承受上百吨起降冲击力量的结构出来,需要多大的努力和知识积累,这背后不是常人可以理解的困难程度。

