为什么重型运输机的起落架那么短?底盘那么低?

我如果说这是一种错觉呢?重型运输机的起落架一点都不短,起落架只是采用了不同的安装方式,显得不如战斗机那么突出罢了。

至于底盘这个概念嘛,这是车辆的专属名词,并不适合飞机,我们只能说运输机的起落架位置设计的比较低,这是基于起降稳定性而设计的,毕竟起落架是高是低都是由原理所决定的,人们没必要为高而高。

上图是C-5“银河”的起落架,从打开的起落架舱我们可以很清晰的看到起落架的安置情况,它的支撑和缓冲结构都被放到了舱内,而且为了同时达到容纳起落架的功能,这个内舱尺寸还不小,两个维修技师站在里面都很宽敞。

再看看F35的小短腿,与C-5比起来,它们无非在比例上显得更突出罢了。战斗机为了着陆时能照顾更大角度的后轮着地,所以不可避免的提升了起落架的高度,以避免机尾擦地。

大型运输机当然也要照顾这方面的问题,但它们的起降姿势更平缓,起落架也采用了多联结构,又多又厚实,能有力的分散机身的重量。

在设计上,部分机轮布局靠后,与机尾的抬升位置呼应,很难发生起降时尾翼触地的危险,也就无需通过增高起落架来避险。比如上图的安-225。

实际上,带有液压缓冲的起落架其实高度并不低,飞机降落后,不需要再保持这种缓冲了,起落架自然变成类似溜冰鞋的样子,稳稳承载住机身,让飞机的滑跑重心更安全。

再给个波音747的后几轮看看,是不是这回事儿?它当年可是与C-5银河同级的军机竞争者。

为什么重型运输机的起落架那么短?底盘那么低?

可以收缩,便于装卸。

为什么重型运输机的起落架那么短?底盘那么低?

谢谢邀请!兔哥回答:重型运输机都有一个特点,就是起落架都很短,起飞和降落时轮胎都有一部分隐藏到了机体里面,只露出多半个轮子,而且重型运输机的底盘也都离地面很低,这么重的大飞机为什么要设计成这样子呢?

(1)承重结构的需要;军用运输底盘低起落架短的原因首先是运输机承重结构的需要。我们都知道军用运输机都需要运输一些重型设备,例如,坦克装甲车辆等等,这些武器装备的重量都需要军用运输机具备很强的机体结构。另外,重型运输机的货仓地板也是需要采用加强结构的,以便能够承受所载货物重量的需要。民用运输机采用的都是下单翼,民用运输机承载的重量分布不同于军用重型运输机,中央翼盒不需要承受大重量,因此,中央翼盒结构强度能满足客机承载重量需要就行了。军用运输机则不同,要能够承受坦克等重型装备的压力,中央翼盒结构强度要求很高,因此,重型军用运输机都采用上单翼。(2)重力稳定性的需要;重型运输机采用上单翼,这种翼型结构简单,方便位置安装,而且整个机翼可是成为一个整体,布置在运输机的机体上面,基本和上部机体成为一个平面。这样的机翼结构强度高,货仓在下面,重个机体的重量都作用于中央翼盒上,采用上单翼的优点就是中央翼盒承重结构强度高,而且是采用吊挂式重量结构,这样重心稳定。重型运输机除了水泥跑道上起降,也需要在简易机场起降,这就要求具备很好的重心稳定性,以应付简易机场的颠簸带来的重心失稳问题。

(3)短粗的起落架和低矮的低盘即是稳定性的需要,又有利于装卸货物和车辆装卸;军用运输机不同于民用客机,军用运输机需要运输货物和车辆装备,为了装卸货物的方便底盘都设计的很低,尾部(有的是前后都能开启成舱门)的舱门放下时就成为装卸货物和车辆的坡道,这样对于快速装卸货物非常方便。重型运输机也都具备贴近地面飞行中卸货的能力,这也要求重型运输机的起落架和底盘不能太高,太高了运输机贴地飞行空投中货物会出现破损,同时,短粗的起落架也有效防止运输机接触地面时的冲击力。(4)短粗的起落架是重型运输机承重性能的需要;军用运输机的起落架对于结构强度要求严格,要承受简易机场起降时的重力加速度的冲击,而且,简易机场的跑道都比较短,军用运输机降落时和舰载机的方式差不多,降落时有点暴力,如果起落架过长容易折断,同时稳定性也不好,也不利于装卸货物车辆。这是军用运输机的起落架都短的原因。(5)军用重型运输机起落架短,而且轮胎也多;军用重型运输机起落架短,轮胎数量也多。我们以C-5M重型军用运输机和波音747-8F为例进行说明,这两款运输机一个是重型军用运输机,一个是大型民航客机,两种飞机属于同一级别,可以做为对比参考。C-5M也就是美国的超级银河重型军用运输机,安装发动机,空重172吨,最大起飞重量418吨,最大载重量达到了129吨,采用上单翼结构。。

波音747-8F安装四台4台发动机,空重186吨,最大起飞重量440吨,最大载重量154吨,采用下单翼。应该说是两架飞机的性能数量差不多,都采用前三点式起落架,但是C-5M的起落架明显比B747-8F低矮,机舱都快贴到地面了。虽然两架飞机属于同级别,但波音747的轮胎数量4个主起落架是16个轮子,而C-5银河运输机的4个主起落架却有24个轮子。

上图是C-5银河,下图是波音747

军用运输机的机翼结构布局和民用运输机不用,军用运输机采用上单翼,这样对于承重稳定性有利,也能够提高机翼中央盒的结构强度,军用运输机的发动机离地高度大,防止简易机场起降时吸入杂物。军用运输起落架短是简易机场起降时的稳定性要求,和方便装卸货物,同时也有利于抗冲击力,军用运输通过增加轮胎数量满足起落架弹性强度的需要。总之,军用运输机短粗的起落架和低底盘是综合各方面因素考虑优化设计而成,符合作战使用需要。以上是兔哥个人观点,欢迎关注兔哥,欢迎探讨评论,图片来源网络。

为什么重型运输机的起落架那么短?底盘那么低?

从受力情况来说,同等条件下“短粗”结构比“细长”结构更加“牢固”,打个不恰当的比方,一根筷子很容易折断,半截筷子就没那么容易折断了。当然飞机的起落架结构要考虑的问题远比折“筷子”的力臂长短问题复杂的多,但是重型运输机一般都是大载重起降,在这一过程中,起落架的工作环境恶劣、遭受的冲击巨大。因此,在不考虑其他因素的情况下,起落架应该尽可能的短。但是军用运输机可以短也必须短,而民航客机却短不了,这一点后面再讲。

▲2017年5月,美国C-5M“超级银河”运输机在西班牙罗塔空军基地,前起落架故障

即使重型运输机采用了相对受力情况较好的短支柱起落架,但是仅仅是“短”并不能保障运输机的起落架在起降过程中“完美完成任务”,这需要综合考虑运输机的工作环境,起落架的结构柔性、结构布局、疲劳寿命、地面载荷、可靠及可维护性、减重降噪等一系列技术特征。

▲美国C-17“环球霸王”运输机在阿富汗巴格拉姆空军基地“磕头”

尽管人们在设计重型运输机的起落架时,已经绞尽脑汁,综合了各方面的的技术要素,形成了目前“大载重飞机多轮多支柱”起落架布局形式,但是重型运输机在起降过程中“失手”的例子仍屡见不鲜,这一点足以说明其工况之恶劣。

▲依然是C-17,依然在阿富汗,这种情况似乎只能呼叫“拖车”了

为什么军用重型运输机起落架可以短,而民航客机却不行?

关于古老时代的“上单翼、下单翼”的历史,我们就不再多说了。现代绝大多数民航客机都是选择了“下(中)单翼”布局,也就是将机翼布置在机身(中)下部,这一点符合民航客机的使用需求。民航客机属于商业工具,在保证安全的前提下,盈利是其首要课题,那么任何设计形式都要考虑其经济性(这一点军用运输机,就没有那么多的要求),而民航客机的执非频次要远超军用重型运输机,由此带来的维护频次也更高一点,而维护成本就成了民航机设计时的重要考量因素之一。

▲民航客机的机翼位置和发动机离地高度示意

▲民航客机机翼离地高度低,方便加油车注油,不需要特殊器材和“反人类”设计

那么将民航客机设计成“下(中)单翼”布局,就能带来许多维护保养方面的便利。这样机务人员可以轻易的靠近飞机发动机,进行检修工作,不需要太多的辅助器械,便利程度大大提高,而维护成本则明显降低。这一点也可以从“尾置发动机”逐渐退出市场的例子看出来。

▲民航客机“尾置发动机”过高,检修时需要配备特种检修车,增加人力、物力和工时

重型军用运输机设计成“上单翼”布局,在检修发动机时显然也有“尾置发动机”这种缺点,离地距离过高,检修不方便,维护成本高昂。但是民航客机可以玩“下单翼”,而军用运输机则一般只能玩“上单翼”则是两者因工作需求、工作环境不同造成的。

▲民航客机的起降环境,干净、整洁、平整,有无数工作人员打理

民航客机一般都在干净、整洁的机场起降,跑道都是铺装道面,还有场务人员定期巡检,所以设计客机时不必考虑“发动机位置过低,容易吸入异物,损毁发动机的事故(不是没有,只是概率极低)”。而军用运输机无论是战术运输机还是战略运输机,都要满足战争需要,经常要在野战机场、临时机场或野外起降,环境可能是隔壁、沙漠、草地或者冰原,跑道多为未严格平整、杂物甚多的未铺装道面,如果发动机据地距离过低,一不小心就会吸入异物,机毁人亡。那么将运输机设计为上单翼,尽量提高发动机的离地距离,也是无奈之选了。

▲C-17战略运输机沙土地降落,这尘土飞扬的感觉

▲这种起降环境,离地太近的发动机怕是吃不消

▲C-17战略运输机冰雪场地降落,军用运输机的设计就是要满足各种严酷环境的使用

那么军用运输机上单翼布局与短起落架设计有什么联系?

上文我们说过,军用运输机设计为上单翼,重要原因之一就是为了抬高发动机离地间隙,而运输机本身优势要运载各种大型、重型物资,这时候短起落架就起到了“除改善受力条件之外”的另一个重要作用。

▲C-5战略运输机下货

运输机除了可以运送人员之外,需要时还要承担运输主战坦克、装甲车、直升机、飞机、航天器械等任务,这样我们在用上单翼抬高发动机位置,保障发动机使用安全以外,还要尽量降低机身的离地高度,以方便货物装载。

▲C-17战略运输机的机身离地高度

▲C-17发动机和机身离地高度示意

▲C-5“银河”战略运输机前起落架支柱和轮胎

以C-17“环球霸王”战略运输机的起落架为例,其前起落架采用双轮结构,并设有一个前倾的行程为500mm的减震支柱,轮胎直径1016mm,宽度406mm;主起落架位于机腹两侧,每侧前后两个支柱,每个支柱上三个机轮,轮胎直径为1270mm,宽度533mm。

▲C-17战略运输机的主起落架和机轮

为了保证在野战机场起降的安全性,军用运输机的机轮胎压通常低于同级别的民航客机,采用多轮低胎压设计,例如C-5A“银河”战略运输机的胎压只有波音747的大约一半,但是机轮数量却有28个(波音747只有18个)。总之通过短起落架设计配合其收放装置,尽量降低运输机的机身离地高度,也就相应的降低了机身货舱地板距地面的高度,这样对于装卸货物有极大便利。

▲C-5A战略运输机的一副主起落架

例如C-17的货舱底板距离地面高度只有约1.6米,打开尾舱货桥后形成的地面夹角很小,这样的小坡度有利于坦克、装甲车等装备直接开进货舱;而在装载飞机机身、空间站组件都较长无动力货物时,吊装也更为简便。

▲C-5运输机运输空间站组件,如果机舱地板离地过高,想必是很难装载的

▲C-5装载的M1主战坦克,68吨一辆的大块头,还是小坡度更容易开一点

综上所述,运输机为了在大载重起降条件下,保持起落架有较好的受力性能以及低重心稳定性,并且为了方便装载大尺寸货物,所以需要维持机舱离地距离极可能的小,短粗起落架支柱设计满足这些需求;而军用运输机为了满足在野战机场恶劣条件下起降,采用上单翼布局,抬高了发动机离地间隙,也为采用短起落架创造了条件。而民航客机为了维护方便性,下单翼布局本来就已经造成发动机离地高度很低,如果再采用较短的起落架支柱,发动机怕不是要接地了?

▲注意波音737MAX的发动机外形

所以起落架支柱不是想短就能短的,比如上图的波音737MAX飞机,下单翼布局又用了比较短的起落架,为了照顾“短腿男”发动机的离地距离,还得把发动机外形修形成平底的。

▲C-5运输机的上单翼布局,就不怕小短腿,“想怎么短就怎么短”

为什么重型运输机的起落架那么短?底盘那么低?

对于运输机来讲,因为载重很高,在野战简易机场滑跑,最重要的能力是抗冲击能力和着陆后的稳定性。所以运输机必须底盘不能太高,否则在大的冲击下容易失稳侧倾。因为运输机是作战用的,不是客机,飞行员可没那么好的耐心和条件每次都温柔地降落。

野战简易机场降落就是这么简单粗暴

所以运输的起落架高度确实不能太高。但运输机在着陆时承受的冲击载荷,比客机都要大,所以缓冲机构是不能省的。起落架的缓冲机构是一个氮气液压缓冲支柱,与安装轮胎的车架铰接。由于运输机起落架不能太高,所以这个缓冲支柱时倾斜放置的,在运20上是这样的:

运20液压驱动的起落架细节

而在客机上,起落架的缓冲支柱几乎就是和地面垂直的:

波音747的起落架,确实是客机的起落架更高一些

A320客机上的氮气液压缓冲支柱,红色警示为:只能充注氮气

这样一来运输机的起落架在不牺牲抗冲击能力的情况下,就可以做得比较矮了。

运输机给人一种底盘很低的印象,除了起落架本身不高以外,也是运输机截面形状和起落架布局与客机不同导致的。运输机的后侧起落架是不知在飞机的两侧边缘,而客机的起落架是布置在机腹。再加上运输机为了能够装下主战坦克,要追求宽度和重心合理,所以它的截面并不是像客机的圆形截面,而是圆弧组成的复合形状,这种形状类似不倒翁上窄下宽。所以综合起来,运输机的起落架看起来好像很短。

客机起落架布置在机腹,所以看起来更高。

像咱们的大胖鸟运20,除了起落架在两侧外,还有两个凸出来的保型起落架舱,好像两根鸡腿一样。有这个包裹后,基本上只露出个轮子,自然就会觉得底盘很低了。

运20吨起落架舱

为什么重型运输机的起落架那么短?底盘那么低?

要回答这个问题,先让我们来了解一下重型运输机的特点。重型运输机主要担负重型装备和人员的运输、空投等任务,其中重型装备主要包括主战坦克、步兵战车、装甲车辆以及直升机等,所以重型运输机的运载能力必须要大。与此同时,重型运输机还要具备航程远、起降要求低、装卸货物方便、维护简单、成本低廉等特点。为满足这样的作战需要,重型运输机广泛采取上单翼气动布局,以提高机身强度和运载能力。尾部货舱距离地面还要足够近,以方便装卸货物,而发动机距离地面还要远,以免在较差起降条件的机场起降时吸入异物。

(重型运输机)

(重型运输机的起落架)

鉴于重型运输机的特点及其气动布局设计,为保证性能,世界各国主流重型运输机才广泛使用了较为低矮粗壮的起落架。这样做不仅可以保证起落架受力性能稳定,降低飞机的重心,保证飞机的起降安全。同时,这还可以提高起落架的抗冲击能力,要知道重达几百吨的重型运输机起降时的冲击力是非常巨大的。如果起落架设计的太高,重型运输机大载重量起降时的重心就会很高,再加上巨大冲击力,起落架就极易发生变形甚至折断,从而导致飞行事故。

(重型运输机起降)

为了方便装卸货物,重型运输机的尾部货舱与地面的距离也要尽量低一些。采用低矮粗壮的起落架会让尾部货舱距离地面更近,这样有助于提高装卸能力和装卸效率。

(运输机的尾部货舱)

此外,为提升起降能力,重型运输机的发动机距离地面也要保证一定的距离,这就让低矮起落架设计成为可能。因为倘若采取下单翼设计的话,由于发动机本身距离地面本就很近,这就只能增加起落架高度才能保证发动机距离地面足够远。因此,采用低矮起落架设计,对于上单翼设计的重型运输机而言,可以提高它的安全性和起降能力。

综合来看,重型运输机之所以广泛采用低矮粗壮起落架设计,主要还是从实际应用的角度出发,为保证飞机性能而采取的一种合理手段。无论是美国的C17、C5,还是俄罗斯的伊尔76、欧洲的A400M、中国的运20,都不约而同地选择了低矮粗壮起落架。由此可见,这样的设计的确有其合理性和实用性。

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