现代民航飞机飞行的主要原理是利用位于飞机尾部的发动机(一般是涡扇发动机)喷出的高速空气,进而推动飞机前进,同时飞机机翼上面产生向上的升力。当飞机速度足够大时、升力大于飞机重量时,飞机就能腾空而起。
但是,当飞机降落到机场后,飞机还需要继续滑行、转弯,有时甚至还需要倒退,那这时候是不是也是和汽车一样,采用前驱、后驱等方式来实现呢?
要回答这个问题,就要从起落架,也就是飞机的轮子及其附属结构的组成说起。飞机起落架是飞机下部用于起飞降落或地面(水面)滑行时支撑飞机并用于地面(水面)移动的附件装置。按起落架结构可分为:
1.构架式起落架
构架式起落架的主要特点是:它通过承力构架将机轮与机翼或机身相连。承力构架中的杆件及减震支柱都是相互铰接的。它们只承受轴向力(沿各自的轴线方向)而不承受弯矩。因此,这种结构的起落架构造简单,质量也较小,在过去的轻型低速飞机上用得很广泛。但由于难以收放,现代高速飞机基本上不采用。
2.摇臂式起落架
摇臂式起落架的主要特点是:机轮通过可转动的摇臂与减震器的活塞杆相连。减震器亦可以兼作承力支柱。这种形式的活塞只承受轴向力,不承受弯矩,因而密封性能好,可增大减震器的初压力以减小减震器的尺寸,克服了支柱式的缺点,在现代飞机上得到了广泛的应用。摇臂式起落架的缺点是构造较复杂,接头受力较大,因此它在使用过程中的磨损亦较大。
3.支柱式起落架
支柱式起落架的主要特点是:减震器与承力支柱合二为一,机轮直接固定在减震器的活塞杆上。减震支柱上端与机翼的连接形式取决于收放要求。对收放式起落架,撑杆可兼作收放作动筒。扭矩通过扭力臂传递,亦可以通过活塞杆与减震支柱的圆筒内壁采用花键连接来传递。这种形式的起落架构造简单紧凑,易于放收,而且质量较小,是现代飞机上广泛采用的形式之一。 支柱式起落架的缺点是:活塞杆不但承受轴向力,而且承受弯矩,因而容易磨损及出现卡滞现象,使减震器的密封性能变差,不能采用较大的初压力。
起落架主要包括机轮、支柱、减震器、收放机构、前轮减摆器和转弯操纵机构。起落架涉及到机、电、液、控多个专业,结构已经非常复杂。同时,还需要保证其可靠性和轻量化,能够做到收放自如。
那起落架上有没有驱动装置呢?答案是,目前还在研究,没有真正投入使用。
起落架没有使用驱动系统的原因主要在于其可靠性还难以满足使用要求。因为飞机起落架在降落时需要承受强大的冲击力,同时在起飞后,为了保证飞机的气动性能,需要把起落架折叠到机身内部,既要保证其强度,还要减少其重量,同时保证其控制系统、液压系统的可靠性,如果在加上驱动系统,重量会加大不少,同时其可靠性难以保证,所以没有航空公司愿意冒这样的风险。
飞机起落架没有驱动系统,那飞机靠什么动力前进或转弯呢?
当然是靠涡扇发动机排出的高速空气产生的向前推力啊。当需要转弯时,调节两侧发动机的油门,从而产生不同的推力,从而实现飞机运动方向的变化。
但是我们为什么看不见飞机发动机冒出的烟呢?因为国际民航组织Committee on Aviation Environmental Protection (CAEP) 对发动机制定了非常严格的排放标准,并且减排的要求越来越高。
在地面滑行性,飞机的油门通常只开了5%-10%,产生的尾气非常少,同时又需要与风扇推出的空气进行混合,烟气浓度非常低,基本不可能看到黑烟。除非,在寒冷的冬天,飞机在跑道上缓慢滑行时,还是能够发现其尾部喷出的尾气遇到冷空气后形成的白烟的。
那飞机又是靠什么后退的呢?
一般情况下,在民用机场廊桥旁的飞机要想起飞,需要靠拖车把飞机从机位拖到滑行道上,然后启动发动机,飞机后面才靠自身动力滑行。
当然,发动机也有反推装置,只是只能在着陆时的减速,严格禁止地面滑行时反推。
因为发动机价格高昂,寿命又短,出于燃油经济性和提高发动机寿命考虑,后退这事就不劳烦发动机了。毕竟靠拖车就能简单实现的事,干嘛要如此金贵的发动机大动周折呢。
当然,为了减少飞机在滑行阶段的燃油消耗,降低飞机的碳排放,人们正在研究在起落架上安装驱动系统,绿色电动滑行系统(Electric green taxiing system,EGTS)。该系统允许飞机在不需要使用飞机发动机的情况下完成电动滑行和后退。
据称加装EGTS系统的飞机在滑行阶段可以节省62%的燃油,减少发动机磨损(因为地面操作很容易造成异物损坏),并消除了发动机在登机口附近爆炸造成的危险,只是该系统还没有正式商用。相信,随着相关技术的进步,在不久的将来,飞机在机场前进、后退、转弯时就没有牵引车什么事了。
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