经典起落架：系统原理和应急处置

HelloSky · 发表于 2020-3-23 20:35:11

——关于“样板机”B737NG的起落架收放系统
仅供学习参考、敬请批评指正

01 正常操作依赖于液压系统

这是一种设计卓越的自然飞行物，在高空巡航之时，它总是把“起落架”折叠起来以减少空气阻力，节约体内能量。进近着陆之时，它将“起落架”放出，以便控制姿态、辅助减速，准备接地。它完全使用肌肉的能量来操作“起落架”，这是本初意义上的“人工操作”（manual operation）。

对于这只轻量级的飞行物，“起落架”的收起和放出只需要消耗肌肉的能量。而人造的重型飞行物只学来了其中一半——人工放出，并且还非常依赖于起落架自身重力的作用，这是本文将要涉及到的一种应急处置情况。“人工收起”则完全没有可行性，起落架实在太沉重了。我们来仔细说说。

一架60吨以上的飞机，起落架总重可以达到2吨以上。如果不借助杠杆的力量，这甚至超过了20名成年男子的举重能力。设计师无法在飞机体内专门安置这些人。即使是使用杠杆原理，仅靠飞行员的人力也颇为艰难。假如要将2吨重的起落架抬起2米距离，操作行程将足够让一位承担100公斤负载的飞行员从驾驶舱跑到机尾（B737NG的机身长度是大约40米）。即使有一位勇士能胜任此事，他在30秒内完成了这40米的操作，收起的速率也太慢了。事实上，B737NG正常收上主起落架耗时大约15秒，收上前起落架大约10秒。

本质上，人力无法输出足够的“功率”，因此不能以正常的速率收上起落架。本文提到的空中动力转换，同样是为了确保正常的收上速率。较快地收上起落架，有利于减少阻力，获得较好的爬升梯度。

好在人类擅长使用“外挂”。方案来了——液压动力！发动机运转以后，带动附件齿轮箱上的液压泵，为整架飞机提供磅礴的动力。不执行任务的时候，液压油蕴含着强大力量，蓄势待发如同嗷嗷叫的笼中猛兽。一旦得以放行，所过之处足以摧枯拉朽。为此，要依靠液压系统自身的、以及各个用户系统的控制机构来约束这种可怕的力量。

作为用户系统之一，起落架通过位于副驾驶侧的“起落架控制手柄”来约束液压动力，使它按照人的意志，适时地将起落架收起或放出，而在不需要收放时，又能将液压动力“关入笼中”。因此，手柄有3个位置——UP（收起）、DN（放出）和位于中间的OFF。

现在，借助于“外挂”液压系统的磅礴动力，在起飞阶段，机长发出“收起”（GEAR UP）的口令，副驾驶“四两拨千斤”，像翱翔于大自然那样轻松。而在进近阶段，尽管重力可以帮助起落架自然放出，但是液压系统可以提高操作的效率、可靠性和一致性，因而正常放出同样使用液压系统。

02 收放系统的模块化理解

起落架系统的部件非常之多，令初学者无所适从。幸好我们有一种可以称为“模块化理解”的方法：自上而下，可以对整个系统“逐级分解”出各个模块；自下而上，又可以对相同层级的元素重新组合，“逐级还原”出整个系统。

如何进行这种分解和还原，取决于我们的目标。为了理解飞行操作程序，有时需要分解到航线可更换件（LRU）这个程度——这相当于航线维修对飞行系统进行物理分解的限度，例如稍后提到的“计算机”（PSEU）就是一个例子；有时只是做功能分解，例如我们提到的“正常动力”（液压A系统）就是一个例子；有时需要对LRU进一步分解，以便看到部件内部的运动，这相当于部件维修的程度。最终我们对B737NG的起落架收放系统分解出4个层级。

第一层级是动力部分、用户部分和连接这两者的控制部分。动力部分能进一步分解为正常动力（液压A系统）、备用动力（液压B系统）。用户部分分解为主起落架、前起落架和前轮转弯。控制部分分解为动力转换模块、控制方式模块。这是第二级分解。为了理解收放控制的逻辑，又需要对动力转换模块和控制方式模块进行第三级和第四级分解。

最终我们得出的这种架构，实际上是“机械流派”具有代表性的架构；A320属于计算机深度参与控制收放过程的“电子流派”，因而其架构的差别很大。

为了直接体现功能，重新命名了一些模块和部件，并在下方的表格中体现它们和AMM手册术语的对应关系。最右侧一栏留给读者填入其他“机械流派”机型的术语。

第1层	第2层	第3层	第4层	B737NG		XX机型
动力部分	正常动力			Hydraulic System A
动力部分	备用动力			Hydraulic System B
控制部分	动力转换模块	转换活门		Landing Gear Transfer Valve*
		计算机		PSEU
		转换电门		Alternative NWS Switch
	控制方式模块	方式活门	正常方式活门	Selector Valve	Slide Valve
			备用方式活门		Manual Extend Solenoid Valve
			液压旁通活门		Bypass Valve
		正常控件		Control Lever
		备用控件		Manual Extension
用户部分	主起落架			MLG
	前起落架			NLG
	前轮转弯			NWS

* 在FCOM里叫“起落架转换组件”（Landing Gear Transfer Unit，FCOM 13.20）

03 动力转换与计算机

在液压泵的驱动之下，携带着动力的液压油随时准备从任何一个液压系统（A或B）出发前往任何用户（主起落架、前起落架或前轮转换系统里的各类作动筒）。“动力转换模块”决定了动力来自哪个系统，而“控制方式模块”决定了动力前往哪些作动筒。

动力转换模块的执行部件是“起落架转换活门”。与之相连的以及它内部的液压管道，好比是用于运输动力的“轨道”；而活门内部的滑块用于“换轨”。正常情况下，A系统被放行，而计算机（PESU）的指令则让滑块完成“换轨”，于是A系统停运，B系统得以放行。

我们来看看哪些情况下会发生动力转换。

第一种情况、起飞过程中失去左发动力，为了继续完成起落架的收起，计算机帮助自动转换动力。

在正常飞行中，B737NG使用左发提供的液压A系统动力来收放起落架。决策速度V1以后，如果失去了左发动力，飞机必须继续起飞并以正常的速率收上起落架，从而能以安全的爬升梯度避开障碍物。

失去左发动力以后，A系统压力来自备用泵——电动马达驱动泵（EMDP），但它的输出功率只有发动机液压泵的大约1/6，不足以正常收上起落架。这时候，动力转换模块自动选择来自右发的液压B系统作为收上起落架的动力。

在起飞阶段发生的上述动力转换，是没有驾驶舱效应的。飞行员也许知道已经失去左发，也依然需要把操纵手柄放到UP位，却觉察不到动力已经悄然转换。这个自动发生的过程，是由计算机（临近电门电子组件，PSEU）实现的。它以空地信号、发动机转速信号、手柄位置信号、起落架位置临近电门的信号作为输入条件，接通“起落架转换活门”中的一个电磁滑阀，改变起落架转换活门内部的油路“轨道”，使B系统动力得以输出。

第二种情况、在空中完全失去了A系统的动力，此时QRH程序要求飞行员手动切换动力。这个动作使得落地后可以使用B系统控制前轮转弯，而正常情况下前轮转弯的动力来自于A系统。飞行员通过NWS电门选择备用动力。当控制手柄放到DN位、前轮接地，动力完成转换。

除了以上的动力转换过程以外，B737NG起落架的收放是完全机械控制的。

04 控制装置与控制方式

“动力转换模块”决定了动力来自哪个系统，而“控制方式模块”决定了动力前往哪些作动筒。控制方式模块的执行部件是“起落架选择活门”，它和“起落架转换活门”的原理相似，并且同样是“活门中有活门”的嵌套结构。与之相连的以及它内部的液压管道，好比是用于运输动力的“轨道”，而内部滑块用于“换轨”。

正常情况下，位于驾驶舱的起落架控制手柄，通过从地板下方纵穿机身的钢索，控制位于左侧主轮舱顶板的“起落架选择活门”，通过活门内部的滑块运动来完成油路的“换轨”。可以实现3种不同的液压油路，从而分别实现起落架系统的收起（UP）、放下（DN）和旁通(OFF)。滑块在OFF位时，油路的供压端终止于方式控制模块内部，使各种作动筒的两端没有了压差。

应急情况下，打开人工放出手柄的接近盖板，同样可以实现液压的旁通。最终完成“换轨”的是起落架选择活门内部的“旁通活门”部分的滑块。通过油路分析可以知道，如果已“换轨”到旁通位，那么必须恢复盖板、同时借助手柄控制DN油路，才能使旁通活门复位。

打开盖板，将触发一个电磁阀的作动，进而使“起落架选择活门”内部发生液压油路的“换轨”、切断液压动力。在完成这个准备动作之后，拉出手柄。同样是借助于从地板下方纵穿机身的钢索，解开远在起落架的“上位锁”，使起落架可以借助重力和空气的力量缓慢打开。

05 应急情况的分析和处置

最后，我们尝试分析一些与本文有关的应急情况。

说明：

除非专门指出，凡是提到FCOM都是指14.20这个章节，AMM指SDS 32-3X-00，QRH来自NNC.14部分。
对于每个“异常情况”，a表示处置原则，b表示系统逻辑，c表示关键的操作要求或动作，d表示案例。

起飞过程中，失去左发动力
- 决断速度以后不可中断起飞，爬升梯度有限制，因此起落架收放的动力自动从液压A转换到液压B
- 由PSEU控制，动力转换的逻辑条件见于FCOM或AMM
- 此时的动力转换，没有驾驶舱效应。没有相关检查单
离地以后，手柄卡在DN或者OFF位，无法放到UP位：
- 双发正常，可保证爬升梯度。但如果始终无法收起，应尽快着陆
- 手柄不在UP位，则“控制方式模块”中的UP油路无法接通。动力转换不会发生、也没有意义
- 尝试UP失败，则考虑着陆。参考QRH检查单《起落架手柄卡在UP位》
离地以后，手柄正常放到UP位，但是起落架未能收起
- 双发正常，可保证爬升梯度，仍应尝试收起，处置失败才考虑着陆
- 没有动力转换的条件，与计算机无关。考虑“控制方式模块”中的UP油路被旁通了，旁通活门受控于“人工放出盖板”（活门左侧）以及手柄DN位（活门右侧）。原理参见AMM
- 起飞前检查单要求检查盖板关好（Closed）。QRH检查单《起落架不一致》要求操作盖板（打开后关闭）、使用手柄到DN位而后再放回UP位。
- 案例：某航班离地后手柄UP位，起落架未收起，机组执行检查单时，仅仅对人工放出盖板做了目视检查，而后返航，地面调查发现盖板未关好。
人工放出以后，盖板和手柄如何处置
- 对于盖板，标准程序未给出提示。但考虑到复飞的可能性，并为了不妨碍紧急撤离，如果时间允许，应恢复盖板。
- 盖板与手柄DN共同作用于控制方式模块中的旁通活门，该活门必须先被复位，才可能使液压不被旁通、可用于下次收起或放出。参考AMM
- QRH检查单《人工放出》建议手柄DN；但是未明确盖板的操作，可考虑完善。
落地以前，丢失液压系统A全部动力
- 动力转换到B系统无法提供放出起落架的动力，仍需要人工放出，但落地后前轮转弯需要动力，因此需手动转换到B系统。
- 前轮转弯的动力来自DN油路，前轮接地触发动力转换。参考AMM
- QRH检查单《A系统失效》要求将NWS电门放到ALT位并准备人工放出。