文章亮点：起落架在承受过载工况时应能够实现与机体安全快速分离，为了明确民用飞机主起落架应急断离销断离槽结构对其断离载荷的影响，分别设计外槽、长外槽、内槽和长内槽4种断离槽结构，仿真分析断离结构对断离销断离载荷的影响；试验对比分析内、外槽结构的断离销断离载荷和失效模式。结果表明：断离销破坏失效从断离槽内部扩展至外部，断离载荷随受剪截面积的增加而增加，且呈现线性变化趋势；通孔销断离载荷随受剪截面积的变化量（剪切强度系数）最大，外断离槽销次之，内断离槽销最小；内断离槽销受剪切截面积和整体尺寸的影响最小，断离载荷容易控制；断口形貌显示外断离槽销为韧性断裂失效，内断离槽销则表现出脆性断裂失效，内断离槽销的设计符合民用飞机主起落架应急断离适航设计要求。
研究背景：起落架作为飞机承载并兼有操纵功能的重要结构件，担负着飞机起降的重要作用，其适坠性设计直接影响整机的安全性能。在起落架适坠性设计中，除了满足强度、变形、疲劳和缓冲吸能要求外，应具有应急断离结构设计，即飞机在起飞和着陆过程中起落架因超载而损坏时，其损坏状态不能导致任何燃油系统溢出足够量的燃油构成起火危险，为避免起落架戳穿机翼燃油系统导致火灾的发生，要求起落架在承受过载工况时应能够实现与机体安全快速分离。因此，对民用飞机主起落架应急断离的研究具有重要意义。
当前，国外飞机设计公司主要采用构件整体断离和连接构件断离两种应急断离设计，其中作为机身与起落架连接的断离销因其结构简单、设计制造及试验方便，易作为承载“薄弱环节”，应用广泛，波音B737和空客A320等均在主起落架与机翼的连接处设计了断离销；国产飞机中，由中国商用飞机有限责任公司研发并具有自主知识产权的大型干线客机C919和支线客机ARJ21均采用了断离销的结构设计，其内、外断离槽的结构设计可保证断离销准确的断离位置，并准确控制断离载荷。
尽管航空航天信息报告中阐述了起落架应急断离适坠性设计的原因和方法，对断离销的适坠性设计与分析提出了基本要求，并列举了诸如波音B737/747，空客A330/340等飞机起落架断离销的布置结构，但受技术保密的约束，国外有关起落架应急断离销的结构设计原理、试验方法和试验数据难以获取。国内研究人员通过对断离销准静态试验、主起落架应急断离动力学模拟和工程经验分析，为起落架适坠性应急断离设计提供了理论基础和参考。杜瑞等采用LMS Virtual. Lab Motion软件建立了起落架动力学模型，仿真研究了下沉速度和高速滑跑过程中障碍物对主起落架应急断离的影响，确定了断离载荷和断离顺序；李泽江等设计了空心结构断离销，并根据起落架实际装配结构，设计了双剪切结构，实验研究了断离销的静力与断离强度，提出了断离销失效的判断依据；Zhang Pengfei等采用准静态双剪切破坏试验研究了某大型民用飞机断离销（15-5PH不锈钢）长度、径厚比和装配关系对其失效形式、断离载荷和屈强比的影响，为断离销双剪工况下的断离研究提供了参考；戴志成通过仿真和试验研究了通孔断离销的断离载荷，分析了失效模式。但上述研究中并未提出断离销结构设计准则和理论依据，也未开展断离槽结构断离销的断离性能试验，仍需进一步展开研究。
而且，断离销的断离失效伴随着大变形的发生，涉及高度的材料和几何非线性问题，很难从理论上系统地展开研究。伴随着有限元技术的不断发展，准确合理的有限元分析技术弥补了试验研究的不足，为起落架应急断离技术的研究提供了更有效的研究思路，高精度数值模型已成为适坠性研究的重要方法。
研究展望：1） 断离销在受剪工况下，失效均从内部受剪位置开始，逐渐扩展到外部，且断离载荷随断离销受剪切截面积的增加而增加，呈现出线性关系。
2） 受剪切截面积和整体尺寸共同影响，外槽销承载相对较高、通孔销承载最小，但外槽销和通孔销均受剪切截面积影响较大，断离载荷控制相对较难，内槽销的断离载荷随剪切面积的变化最小，可设计性强。
3） 开槽半径的大小几乎不影响内槽销的截面积和体积，对内槽销断离载荷的影响较小，随着槽长的增加，内槽销的体积减小，断离载荷呈现出准线性下降的关系。
4） 相比外槽销的韧性破坏失效，内槽销则表现出明显的脆断失效，能较好地满足CCAR25部适航标准对主起落架应急断离的设计要求。
引用格式：符亮, 杨乐, 刘庞轮, 等. 民用飞机主起落架断离销结构设计及断离失效分析[J]. 航空工程进展, 2024, 15(4): 74-81. FU Liang, YANG Le, LIU Panglun, et al. Structure design and breakaway failure analysis of fuse-pin for civil main landing gear[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2024, 15(4): 74-81. (in Chinese)
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