飛機(jī)起落架作為飛機(jī)重要安全功能部件，是用于飛機(jī)起飛、著陸、地面滑行和停放的重要支持系統(tǒng)，是飛機(jī)的主要承力構(gòu)件。它吸收和耗散飛機(jī)在著陸及滑行過程中與地面形成的沖擊能量，保證飛機(jī)在地面運(yùn)動過程中的使用安全。起落架的技術(shù)水平和可靠度對于飛機(jī)整體性能和使用安全具有重要影響。

首先與大家分享一段奧地利WFL車銑復(fù)合加工中心M65加工飛機(jī)起落架的工藝視頻。

起落架結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)

為提高大型運(yùn)輸類飛機(jī)的道面漂浮性，其起落架結(jié)構(gòu)多選用多輪多支柱式結(jié)構(gòu)布局。如伊爾-76飛機(jī)起飛重量為190t，其起落架系統(tǒng)為油氣緩沖式前三點(diǎn)布局，包括一個前起落架支柱和四個主起落架支柱。其中主起落架高約3100mm，為支柱式單腔緩沖器結(jié)構(gòu)，每個支柱有4個制動機(jī)輪并列排列，起落架收起時機(jī)輪連同緩沖器旋轉(zhuǎn)90°,以使整組機(jī)輪收到圓形機(jī)身內(nèi)。前起落架高約2300mm，為半搖臂式雙腔緩沖器結(jié)構(gòu)，有4個并列的輔助制動機(jī)輪，當(dāng)起落架向前收起時機(jī)輪能輕微制動。

起飛重量達(dá)350t的波音747飛機(jī)起落架包括一個雙輪支柱式前起落架和4個四輪小車式主起落架，其中主起落架分別由2個機(jī)翼主起落架和4個機(jī)身主起落架組成。前、主起落架高度均超過2m。

在結(jié)構(gòu)和材料選擇方面，大型飛機(jī)起落架主要結(jié)構(gòu)件選材有鈦合金及超高強(qiáng)度鋼鍛件，材料一般選真空冶煉工藝。超高強(qiáng)度鋼材料有4340鋼、300M鋼及30CrMnSiNi2A等，鈦合金選材有Ti6Al6V2Sn、BT22等。300M鋼作為一種成熟的超高強(qiáng)度鋼材料，在現(xiàn)代飛機(jī)起落架上獲得了廣泛應(yīng)用，國際、國內(nèi)的各種軍用、民用飛機(jī)都有選用。另外，鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好的顯著特征，在起落架上也有越來越多的應(yīng)用。對伊爾-76飛機(jī)起落架來說，其鈦合金用量較大，并且在大型主承力結(jié)構(gòu)件上都有使用。如前、主起橫梁即為鈦合金大型構(gòu)件，其中主起橫梁尺寸更達(dá)1600×900×380mm，主起外筒結(jié)構(gòu)尺寸也達(dá)φ270×1600mm。

總體說來，大型運(yùn)輸類飛機(jī)起落架具有以下工藝特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜，零件尺寸超大。

飛機(jī)起飛重量增大、機(jī)體尺寸加大必然導(dǎo)致起落架結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)加大。如伊爾-76起落架主要結(jié)構(gòu)件尺寸普遍比中型運(yùn)輸飛機(jī)起落架零件大2～3倍。這類結(jié)構(gòu)件在制造時需采用大型起落架專用機(jī)加設(shè)備，對于熱處理、焊接、表面處理等特種工藝也需大型設(shè)備來保障。

（2）起落架長壽命要求促使新材料、新工藝廣泛應(yīng)用。

起落架結(jié)構(gòu)與機(jī)體同壽是現(xiàn)代大型軍民用機(jī)的普遍要求，其壽命一般要求達(dá)到3萬～6萬起落。因此，國外民機(jī)起落架選材主要應(yīng)用300M鋼、4340鋼、高強(qiáng)鈦合金及鋁合金等高性能材料，在工藝技術(shù)方面廣泛采用先進(jìn)的表面強(qiáng)化、表面防護(hù)等新工藝技術(shù)。如波音757型飛機(jī)起落架上就應(yīng)用高速火焰噴涂鎢鈷合金，空客A320/A340起落架輪軸（300M鋼）的非配合表面采用了金屬陶瓷防腐涂層等高性能防腐技術(shù)。

(3)鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等先進(jìn)材料加工難度大。

現(xiàn)代飛機(jī)起落架主要結(jié)構(gòu)件材料選擇以超高強(qiáng)度鋼、鈦合金為主。這類材料對加工工藝均有嚴(yán)格要求，以避免制造過程中引起零件表面燒傷、污染和氫脆、鎘脆等問題，并提高構(gòu)件表面完整性，保證起落架使用安全及壽命。

（4）主承力構(gòu)件采用焊接結(jié)構(gòu)或整體結(jié)構(gòu)。

俄羅斯在飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)件的制造方面廣泛采用焊接結(jié)構(gòu)，從伊爾-76飛機(jī)起落架零件來看，前、主起橫梁、支柱外筒、活塞桿等主要承力構(gòu)件均采用焊接結(jié)構(gòu)。由此帶來的優(yōu)點(diǎn)是零件工藝性較好、制造成本相對較低；不利的方面是起落架壽命相對較短，很難與飛機(jī)同壽。與之相反，美歐生產(chǎn)的飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)件均采用整體鍛件加工成形，雖然在制造工藝性及成本等方面不佳，但產(chǎn)品壽命卻較長，能夠?qū)崿F(xiàn)與飛機(jī)同壽。根據(jù)當(dāng)前發(fā)展趨勢來看，起落架零件焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用僅僅是選擇之一，整體結(jié)構(gòu)件才是發(fā)展的主要方向。

起落架主要制造技術(shù)綜述

1 起落架超高強(qiáng)度鋼零件制造

300M鋼是一種成熟的航空結(jié)構(gòu)鋼材料，現(xiàn)代飛機(jī)起落架的主要承力構(gòu)件起落架外筒、活塞桿、輪軸等大都是選用300M鋼。300M鋼熱處理強(qiáng)化后，抗拉強(qiáng)度達(dá)1960～2100MPa（HRC52～56），比30CrMnSiNi2A的抗拉強(qiáng)度高出22.4%，但300M鋼對應(yīng)力集中和應(yīng)力腐蝕比較敏感，因此對制造工藝有較高要求。300M鋼起落架零件加工技術(shù)雖然已較為成熟，但針對大型飛機(jī)起落架零件規(guī)格超大的實(shí)際情況，還涉及一些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，包括：

（1）外筒、活塞桿等大規(guī)格鍛件鍛造技術(shù)。

主要需優(yōu)化300M鋼大型鍛件鍛造過程中的制坯、鍛造工藝，鍛件理化性能檢測、鍛件超聲波探傷等技術(shù)，滿足大型飛機(jī)長壽命、高可靠性能的鍛件要求。

（2）超大型起落架零件高效數(shù)控加工技術(shù)。

一方面，300M鋼鍛件毛坯所有表面均要進(jìn)行大余量數(shù)控“扒皮”加工，內(nèi)孔型腔材料去除量巨大；另一方面，作為300M鋼構(gòu)件都是起落架上的重要受力構(gòu)件，零件外形結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，材料去除率高。因此，對于大飛機(jī)起落架超大型零件的切削加工，其工作量就尤顯突出，提高數(shù)控加工效率十分必要。

（3）大型零件真空熱處理及變形控制技術(shù)。

熱處理是起落架零件加工過程必不可少的強(qiáng)化手段。對起落架大型主承力構(gòu)件熱處理強(qiáng)化效果、增脫碳控制、變形控制等方面尤需關(guān)注。

（4）低氫脆電鍍及新型高性能表面防護(hù)工藝等。

目前，300M鋼等超高強(qiáng)度鋼起落架零件對于非配合表面廣泛采用的表面處理方式為鍍鎘或鍍鎘鈦；對有相對運(yùn)動的配合表面一般采用電鍍硬鉻層進(jìn)行防護(hù)。這些電鍍工藝過程控制非常重要，尤其是氫脆性控制。

2 鈦合金零件的制造

伊爾-76飛機(jī)起落架大量采用鈦合金零件，鈦合金使用量約占全機(jī)機(jī)加零件重量的7.6%?？紤]到鈦合金所具有高比強(qiáng)度、低應(yīng)力敏感和耐腐蝕等特性，作為飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)選材的應(yīng)用趨勢，鈦合金的使用量將會更加廣泛。因此，鈦合金零件制造技術(shù)是大型飛機(jī)起落架研制生產(chǎn)的重點(diǎn)技術(shù)之一。

鈦合金加工的主要問題是加工所用刀具的耐用度低，這是由鈦合金特有的性質(zhì)所決定的。鈦合金材料具有化學(xué)活性大、熱敏感性強(qiáng)、彈性模量小等特點(diǎn)，在機(jī)械加工領(lǐng)域一直屬于難加工材料之一。具體表現(xiàn)在：

·鈦合金的導(dǎo)熱性非常差，切削時被切屑帶走和工件擴(kuò)散傳導(dǎo)的熱量小，切削區(qū)溫度高，致使被加工零件易變形。

·鈦合金塑性小，因而顯著地影響其切削時的變形，切屑與前刀面接觸長度短、刀尖壓力高，刀具磨損嚴(yán)重，容易造成崩刃。

·鈦合金彈性模量小，其鍛造、切削加工時材料回彈大，一方面影響材料成型性能及多次成型后材料金相組織，另一方面也會影響加工時刀具與已加工表面的磨損，降低刀具耐用度。

·鈦合金的化學(xué)活性高，其機(jī)械加工、熱表處理過程又是一個高溫高壓的運(yùn)動過程，鈦易與空氣中的氫、氧、氮等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使已加工表面產(chǎn)生一些不利的物理、化學(xué)變化，加工過程需要采取一定的保護(hù)措施；另一方面，常溫下鈦合金材料在空氣中極易形成保護(hù)膜，對其進(jìn)行表面處理時也較為困難。

·鈦合金的比強(qiáng)度較高，特別是熱強(qiáng)性好，這一方面影響了鍛造成型性能，同時加工過程切削力也會變大，造成刀具磨損加快。

總體來說，鈦合金的切削加工性介于不銹鋼和高溫合金之間，其中β型鈦合金的切削加工性最差，α+β型的鈦合金較好，α型最好。因此，在鈦合金切削過程中提高刀具材料的耐熱性和抗粘結(jié)性能，控制切削溫度，加強(qiáng)系統(tǒng)剛性，以提高刀具耐用度是鈦合金加工關(guān)鍵所在。

另外鈦合金的磨削，特別是針對深長孔薄壁筒形件的磨削加工也是鈦合金加工的關(guān)鍵工藝。在磨削加工過程中，改善加工條件，合理選擇砂輪，優(yōu)化余量分配，控制工件變形，減小殘余應(yīng)力，避免表面燒傷是其加工過程的關(guān)鍵點(diǎn)。

目前國內(nèi)對鈦合金構(gòu)件在起落架上的應(yīng)用尚處于初期階段，大面積的應(yīng)用實(shí)踐積累還不多，技術(shù)儲備還不夠充分，需關(guān)注一些關(guān)鍵工藝技術(shù)，包括：

（1）大規(guī)格鈦合金荒坯制備及零件整體模鍛工藝；

（2）熱處理工藝；

（3）切削加工表面燒傷檢查及控制技術(shù)；

（4）表面強(qiáng)化工藝等。

3 起落架零件深孔加工

深孔加工技術(shù)是起落架制造的關(guān)鍵及難點(diǎn)所在。飛機(jī)起落架前、主起活塞桿、外筒、輪軸等零件均屬細(xì)長筒形件，材料大多為超高強(qiáng)度鋼和鈦合金，均為難切削加工材料。切削加工過程中刀具磨損相當(dāng)嚴(yán)重，尤其是針對深長孔零件采用普通車削加工方法加工時，刀桿剛性不足和刀具耐用度過低的固有缺陷很難滿足零件加工要求，尺寸精度、表面粗糙度（特別是過渡圓角和轉(zhuǎn)接R處）不易得到保證。

國際專業(yè)的起落架制造廠在加工這類零件時，除在結(jié)構(gòu)設(shè)計時盡量考慮工藝性外，在工藝裝備上普遍采用起落架專用數(shù)控加工設(shè)備，并配合結(jié)構(gòu)先進(jìn)、剛性較好的深孔刀桿來滿足加工要求。

起落架制造關(guān)鍵技術(shù)及展望

1 建立起落架專用工藝標(biāo)準(zhǔn)體系

由于起落架在保證飛機(jī)產(chǎn)品性能和使用安全性方面擔(dān)負(fù)著極重要的角色，其發(fā)展受到世界各國的重視。美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）、英國民用航空局（CAA）、國際民航組織（ICAO）等組織都頒布和出版了大量的起落架研制標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和設(shè)計規(guī)范。此外世界各起落架專業(yè)制造公司都有自己的專用設(shè)計手冊和制造規(guī)范。

國內(nèi)在起落架制造標(biāo)準(zhǔn)方面，不同機(jī)型采標(biāo)各不相同，且通過適航認(rèn)可的很少。這反映出國內(nèi)在專業(yè)制造工藝標(biāo)準(zhǔn)體系上的缺陷和不完善，因此盡快建立滿足我國現(xiàn)代飛機(jī)起落架技術(shù)要求的制造工藝標(biāo)準(zhǔn)體系已迫在眉睫。

因此，結(jié)合軍民用起落架發(fā)展要求，圍繞起落架工藝體系的建立和完善，開展有關(guān)機(jī)械加工、無損檢測及熱表處理等特種工藝技術(shù)的工藝研究、適航申請等工作，逐步建立起完整的起落架工藝標(biāo)準(zhǔn)體系，將為大型飛機(jī)高品質(zhì)起落架研制生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持。

2 實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵加工技術(shù)新突破

(1)起落架大型構(gòu)件（緩沖器外筒和活塞桿）深孔型腔加工技術(shù)。提高深孔型腔加工效率是起落架零件加工的關(guān)鍵點(diǎn)。對于大型飛機(jī)來說，深孔型腔加工技術(shù)有其特殊性，主要體現(xiàn)在深孔鉆鏜、型腔數(shù)控加工、深孔磨削、計量檢測技術(shù)及專用工藝裝備的配置等方面。

（2）高效數(shù)控加工技術(shù)。起落架構(gòu)件材料利用率很低，機(jī)械加工工作量（特別是數(shù)控加工）很大，這對于大型飛機(jī)起落架中各類超大型結(jié)構(gòu)件就更顯突出。如果不能實(shí)現(xiàn)高效數(shù)控加工，不僅帶來效率低下的問題，也將嚴(yán)重制約起落架交付進(jìn)度。

（3）鈦合金零件磨削工藝。通過磨削獲得優(yōu)良的加工表面完整性，是保證鈦合金零件加工質(zhì)量的技術(shù)關(guān)鍵。傳統(tǒng)飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)中，采用大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的情況并不多見，磨削工藝方法應(yīng)用更少。另一方面，鈦合金本身所固有的物理特性給磨削加工造成了較大困難。因此，需要從磨削參數(shù)的選擇、磨削液的匹配以及砂輪的選用、過程控制等諸多方面進(jìn)行優(yōu)化，以切實(shí)提高鈦合金的磨削加工效率和磨削質(zhì)量。

3 提高表面完整性控制技術(shù)

開展高品質(zhì)、長壽命起落架制造技術(shù)表面完整性研究，滿足大型飛機(jī)起落架對超高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)件、鈦合金大型結(jié)構(gòu)件制造過程表面完整性要求，是保證起落架高品質(zhì)、長壽命的基礎(chǔ)。主要包括：

（1）鈦合金/超高強(qiáng)度鋼加工表面燒傷控制技術(shù)。以300M鋼熱處理后和鈦合金強(qiáng)化退火或固溶時效后的車削、磨削、鉸削和銑削為重點(diǎn)研究對象，對其切削刀具、切削力、切削熱、冷卻條件等因素與表面燒傷的變化之間的規(guī)律進(jìn)行研究，并以切削表面無燒傷作為主要約束條件選擇切削工具、優(yōu)化切削參數(shù)。

（2）起落架新型鈦合金/超高強(qiáng)度鋼材料結(jié)構(gòu)件表面強(qiáng)化研究。通過對超高強(qiáng)度鋼、鈦合金材料噴丸、擠壓強(qiáng)化與其疲勞壽命關(guān)系的研究，找出與相應(yīng)材料適應(yīng)的強(qiáng)化工藝參數(shù)及強(qiáng)化前零件表面質(zhì)量控制要求，保證強(qiáng)化效果和零件使用壽命。

有關(guān)資料表明：鈦合金的疲勞強(qiáng)度主要取決于零件表面粗糙度和噴丸強(qiáng)化情況，采用噴丸強(qiáng)化可降低疲勞壽命的分散度1倍以上。

4 加強(qiáng)新型表面防護(hù)技術(shù)

新型高性能表面防護(hù)工藝是保證現(xiàn)代大型飛機(jī)起落架與機(jī)體同壽的重要技術(shù)手段，同時傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)往往有鍍層防護(hù)性能不高、具有潛在的氫脆危險、污染環(huán)境等弊端。因此，進(jìn)行有關(guān)新型高性能表面防護(hù)工藝研究十分必要。其中包括：金屬陶瓷防腐涂層（MCAC）涂敷，高速火焰噴涂（HVOF）工藝等。

作為300M鋼、鈦合金材料零件鍍鉻的替代工藝，國際上已在廣泛開展HVOF涂層工藝的研究和應(yīng)用，并已取得了大量成果。采用HVOF涂層防護(hù)的起落架已經(jīng)在F-18、波音777等機(jī)型起落架上得到了應(yīng)用。

除以上技術(shù)層面因素外，在起落架生產(chǎn)交付方式上還應(yīng)與國際接軌，堅持起落架專業(yè)化成品供應(yīng)商的發(fā)展模式。目前國外起落架的研制幾乎都由專業(yè)起落架制造公司承擔(dān)，國際知名的專業(yè)起落架制造公司主要有Messier-Dowty公司（歐洲）、Goodrich公司（美國）等。