Описание конструкции амортизатора шасси самолета. Расчет стойки шасси на прочность и ресурс
ШАССИ САМОЛЕТА
Компоновка шасси
Шасси самолета представляют систему опор, необходимых для маневрирования по аэродрому, разбега и пробега самолета при взлете, посадке и стоянки. Во время взлета и посадки шасси поглощает и рассеивает кинетическую энергию ударов и поступательного движения.
Шасси должно обеспечивать устойчивое движение самолета во время пробега, заданную проходимость по грунту и иметь минимальный вес и габариты.
По количеству и взаимному расположению шасси различают следующие компоновочные схемы.
Трехопорные шасси с хвостовой опорой (рис. 4.1 а) характеризуется посадочным углом φ между осью самолета и касательной к главной и задней опорам; противокапотажным углом γ между вертикалью при взлете и прямой, соединяющей центр тяжести самолета и точку касания главной опоры; углом выноса шасси λ= γ+ φ., колеей шасси В ш, представляющей расстояние между главными опорами.
Рассмотренная схема шасси обладает рядом недостатков – плохая путевая устойчивость, опасность капотирования при резком торможении, наклонный пол кабины при стоянке, возможность взмывания самолета при посадке.
С увеличением посадочных скоростей эти недостатки стали проявляться в большей степени. Поэтому схема шасси с хвостовой опорой, обладающая минимальным весом, применяется на легких самолетах с поршневыми двигателями.
Рис.4.1. Схемы шасси
Основной схемой шасси современных самолетов является трехопорная схема с носовым колесом (рис. 4.1 б).
Она характеризуется следующими параметрами: посадочным углом φ между осью фюзеляжа и касательной к главным опорам и нижней точки хвостовой части фюзеляжа; стояночным углом φ с между осью фюзеляжа и плоскостью земли; противокапотажным углом γ; высотой шасси Η; высотой главных опор e, относительно центра тяжести, колеей шасси B ш и базой шасси в ш, представляющей расстояние между носовой и главными опорами
Рассмотренная схема шасси обеспечивает хорошую путевую устойчивость, ухудшению проходимости по грунту, снижению безопасности при поломке носового колеса, возможности самовозбуждающихся колебаний типа шимми.
Велосипедная схема шасси (рис. 4.1. в) характеризуется наличием двух основных опор, расположенных под фюзеляжем, и подкрыльных опор, предохраняющий самолет от опрокидывания на крыло. Шасси характеризуется теми же параметрами, что и предыдущая схема и отличается лишь большим выносом шасси относительно центра тяжести. Велосипедная схема шасси является вынужденной и применяется для истребителей- бомбардировщиков с высоко - расположенным тонким крылом.
Из-за сравнительно большой нагрузки на носовую опору затруднен отрыв самолета при взлете. Для облегчения взлета применяются механизмы «вздыбливания » передней опоры или «приседания» задней опоры. Это значительно утяжеляет вес шасси и усложняет технику пилотирования.
Многоопорные шасси применяются на тяжелых самолетах, эксплуатирующихся на грунтовых аэродромах. Для повышения проходимости самолета требуется большое количество колес или дополнительные опоры. Дополнительная центральная опора смещается относительно основных для удобства уборки шасси в фюзеляж. Для улучшения маневренности самолета задняя стойка может выполняться управляемой.
Конструктивно- силовые схемы шасси
Нога шасси современных самолетов состоит из опорных элементов (колес, лыж) ; амортизаторов для поглощения кинетической энергии; амортизаторных стоек, механизмов уборки и выпуска шасси; замков, фиксирующих шасси в убранном и выпущенном положении; механизмов поворота и управления шасси.
На самолетах применяются преимущественно три схемы шасси:
· ферменная,
· балочная
· и ферменно-балочная или подкосная.
Ферменная конструкция является наиболее легкой, поскольку основными элементами служат подкосы, работающие на растяжение- сжатие. Ферменные стойки применяются на не убирающимся шасси легких самолетов (например, АН-2) и поэтому распространены сравнительно редко.
Балочная схема (4.2.а) наиболее проста по конструкции и компактна. Стойка закреплена шарнирно по оси О-О \ и фиксируется замком или упором. В узле крепления изгибающий момент достигает наибольшей величины. При большой длине стойки шасси получаются тяжелыми. Для уменьшения нагрузки в узле крепления применяются подкосы, разгружающие амортизаторную стойку в одной или двух плоскостях. Такая схема называется подкосной или ферменно-балочной (4.2.б).
Конструкция шасси состоит из амортизаторной стойки 1, боковых подкосов 2, траверсы с цапфами 3, цилиндра- подъемника 4, складывающегося лобового подноса 5, механизма поворота колес 6. двухзвенника (шлиц-шарнир) 7, колес 8.
Стойка является основным элементом шасси, связывающая опоры шасси с конструкцией шасси с конструкцией самолета. Внутренняя полость стойки используется для устройства амортизатора.
Подкосы шасси служат дополнительными опорами стойки и разгружают ее от изгибающего момента и увеличивают жесткость конструкции.
Траверса представляют верхнюю часть стойки, предназначенные для крепления ноги шасси с конструкцией самолета.
Цилиндр- подъемник служит для уборки и выпуска шасси, а также для фиксации шасси в выпущенном положении.
Механизм поворота колес обеспечивает поворот колес передней ноги шасси для маневрирования самолета по аэродрому и предотвращает возникновение самовозбуждающихся колебаний типа шимми
Двухзвенник - устройство, состоящее из двух звеньев, соединяющих шток амортизаторной стойки с цилиндром и препятствующих повороту штоку в цилиндре.
Колесо состоит из пневматиков, барабана и тормозных устройств.
В зависимости от крепления колес к стойке различают рычажную подвеску колес (4.2.а) и телескопическую (4.2.б).
В стойках с рычажной подвеской колесо крепится к рычагу, поворачивающемуся относительно оси шарнира. Благодаря этому рычажные стойки способны амортизировать горизонтальные составляющие ударных нагрузок.
Недостатком рычажных стоек является большой вес и габариты.
В телескопических стойках колеса крепятся непосредственно на штоке амортизатора.
Такая стойка амортизирует нагрузки, действующие только вдоль ее оси. Для амортизации горизонтальных составляющих стойка устанавливается под некоторым углом к вертикали.
На тяжелых самолетах с целью уменьшения нагрузок на одно колесо применяются стойки с многоколесовыми тележками (рис. 4.3.), имеющие 4-8 колес.
Нога шасси состоит из амортизаторной стойки 1, выполненной как одно целое с траверсой, штока 2 сварной конструкции, в нижней части которого располагается узел крепления тележки 4.
Рама тележки крепится к штоку шарнирно, что уменьшает неравномерность нагружения колес при движении самолета по неровному грунту и разгружает стойку от изгиба. Требуемое положение перед посадкой придается тележке стабилизирующим амортизатором 8. Повороту тележки относительно оси стойки препятствует шлиц-шарнир 7. Для удобства уборки шасси стойка наклонена вперед по полету. Уборка и выпуск шасси осуществляется гидравлическим цилиндром подкосом 9, который в выпущенном положении выполняет роль подкоса.
Тележка (рис. 4.4.) служит для крепления колес. Она состоит из продольной балки 8; двух осей 2 для крепления 4 колес; двух передних 15 и двух задних тормозных тяг и тормозных рычагов 4,12, служащих для торможения колес; узла подвески тележки 9.
Шасси с многоколесными тележками довольно сложны по конструкции, имеют большой вес и ухудшают маневренность самолета при движении по грунту.
Изобретение относится к авиации, в частности к взлетно-посадочным устройствам, и предназначено для управления движением самолета на взлете, посадке и рулении по аэродрому. Целью изобретения является повышение безопасности управления передней опорой шасси самолета. Система управления содержит штурвалы 1 с установленными на них переключателями 21, установленные по правому и левому бортам кабины рукоятки управления 6, колонки которых кинематически соединены между собой и с центрирующим цилиндром 12, педали 2, связанные между собой через проводку 3 и с входными валами датчиков 4 малых углов поворота стойки шасси, задающие датчики 15 больших углов поворота стойки шасси, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока управления 5. Каждый блок управления 5 связан с соответствующим электрогидравлическим агрегатом управления 22, соединенным с силовым цилиндром 23 механизма поворота 24 колес стойки шасси, связанного с датчиками 25 обратной связи, при этом выходы этих датчиков соединены с соответствующими блоками управления 5. Система снабжена механизмом 18 переключения режимов, кинематически связанным с колонкой одной из рукояток управления, например с колонкой 8 рукоятки 6, и имеющим магнитоуправляемые выключатели, соединенные через две параллельные цепи с переключателем, установленным на штурвале, и механизмом подключения задающих датчиков 15 больших углов поворота стойки шасси, кинематически связанным с колонкой 9 рукоятки 7 и с дополнительным центрирующим цилиндром 17. 5 ил.
Изобретение относится к авиации, а более конкретно к взлетно-посадочным устройствам, и предназначено для управления движением самолета на взлете, посадке и рулении по аэродрому. Известна система управления передней опорой шасси самолета, содержащая штурвалы управления с переключателями, установленные по левому и правому бортам кабины рукоятки управления. Колонки каждой рукоятки кинематически связанные между собой и с центрирующим цилиндром, а также с входными валами соответствующих задающих датчиков больших углов поворота стойки шасси. Система содержит также педали левого и правого пилотов, кинематически связаны между собой и с входными валами задающих датчиков малых углов поворота стойки шасси. При этом выход каждого датчика соединен с соответствующими входами блоков управления. Кроме того, система содержит также датчики обратной связи, входные валы которых кинематически связаны с механизмом поворота колес, а выходные с упомянутым блоком управления. Кроме того, на каждом штурвале установлено по одному трехпозиционному переключателю режимов работы системы, каждый из которых связан с соответствующим ему упомянутым блоком управления, а блоки управления электрически соединены с соответствующим электрогидравлическими агрегатами управления, соединенными с соответствующими силовыми цилиндрами исполнительного механизма поворота колес. Эта система обеспечивает управление самолетом как в режиме руления по аэродрому, так и на режиме взлета и посадки, т.е. обеспечивает управление поворотом стойки шасси на большие и малые углы. Использование трехпозиционного выключателя для переключения режимов работы системы через блок управления на режим "Взлет-посадка", выключенный режим и режим "Руление" заставляет летчика внимательно следить за тем, в какую именно позицию необходимо установить выключатель, особенно на взлетно-посадочных режимах. Это отвлекает летчика, в результате чего снижается безопасность управления передней опорой шасси самолета. Технической задачей изобретения является повышение безопасности управления передней опорой шасси самолета. Это достигается тем, что система управления передней опорой шасси самолета, содержащая штурвалы управления, на которых установлены переключатели, установленные по правому и левому бортам кабины рукоятки управления, колонки которых кинематически соединены между собой и с центрирующим цилиндром, педали управления, также кинематически связанные между собой и с входными валами датчиков малых углов поворота стойки шасси, задающие датчики больших углов поворота стойки шасси, причем выход каждого датчика больших углов поворота соединен с входом соответствующего блока управления, каждый из которых связан с соответствующим электрогидравлическим агрегатом управления, соединенным с силовым цилиндром исполнительного механизма поворота колес, датчики обратной связи, входные валы которых кинематически связаны с механизмом поворота колес, а выходы с блоками управления, она снабжена механизмом переключения режимов, кинематически связанным с колонкой одной из рукояток управления и имеющим магнитоуправляемые выключатели, соединенные через две параллельные цепи включения с переключателем, установленным на штурвале, и механизмом подключения задающих датчиков больших углов поворота стойки шасси, кинематически связанным с колонкой другой рукоятки управления и с дополнительным центрирующим цилиндром. В результате этого летчик пользуется переключателем, установленным на штурвале, только для включения системы, одновременно, при этом включается режим "Взлет-посадка", а для перехода на режим "Руление" он привычно пользуется одной из рукояток, при повороте которых кинематическая связь колонки управления левой рукоятки с механизмом переключения режимов вызывает срабатывание выключателей, соединенных с блоком управления, и система автоматически переключается на этот режим. Таким образом, летчик отвлекается только один раз для включения системы, далее его внимание уже не отвлекается на переключение режимов, что и позволяет повысить безопасность управления передней опорой шасси самолета. На фиг.1 показана функциональная схема предложенной системы управления; на фиг.2 электрическая схема механизма переключения режимов; на фиг.3 - общий вид механизма переключения режимов; на фиг.4 вид А фиг.3; на фиг.5 - механизм подключения задающих датчиков больших углов поворота. Система управления передней опорой шасси самолета содержит штурвалы 1 и педали 2 левого и правого пилотов. Педали 2 через проводку 3 соединены между собой и с входными валами задающих датчиков 4 малых углов поворота стойки шасси, выходы которых соединены с блоками управления 5. Система содержит также рукоятки 6 и 7, колонки 8 и 9 которых через проводку 10 соединены между собой и через качалку 11 с пружинным цилиндром 12. Кроме того, колонка 9 правой рукоятки 7 через зубчатый сектор 13 и рейки 14 соединена с входными валами задающих датчиков 15 больших углов поворота стойки шасси, выходы которых соединены с блоками управления 5, при этом зубчатый сектор 13 через проушина 16 соединен с дополнительным пружинным цилиндром 17, а колонка 8 левой рукоятки 6 соединена с механизмом 18 переключения режимов, имеющим магнитоуправляемые выключатели 19, которые через две параллельные цепи 20 соединены с переключателями 21, установленными на штурвалах 1. Кроме того, выключатели 19 соединены с входом блока управления 5. Каждый из блоков управления 5 соединен с соответствующим электрогидравлическим агрегатом управления 22, а они, в свою очередь, с соответствующими силовыми цилиндрами 23 механизма поворота колес стойки шасси 24, снабженного датчиками 25 обратной связи, выходы которых соединены с соответствующими входами блока управления 5. При этом в механизме 18 переключения режимов на кронштейне 26 установлены магнитоуправляемые выключатели 19 и двуплечие качалки 27. На одном плече каждой качалки с возможностью регулировки установлены шторки 28, а на другой по одному ролику 29 для взаимодействия с соответствующим кулачком 30, неподвижно установленным на колонке 8 левой рукоятки. Качалки 27 соединены между собой пружиной 31, прижимающей ролики к рабочей поверхности кулачка 30. Система работает следующим образом. При взлете и посадке летчик устанавливает переключатель 21 во включенное положение. При этом питание через нормально замкнутые контакты магнитоуправляемых выключателей 19 поступает на блоки управления 5 в канал взлета-посадки. При перемещении летчиком педалей 2 поворачиваются валы задающих датчиков 4 малых углов поворота стойки шасси, с выхода которых поступает сигнал в блок управления 5. Одновременно в блок управления 5 поступают сигналы с датчиков 25 обратной связи, в результате чего в блоке управления 5 возникает сигнал рассогласования, который поступает в электрогидравлические агрегаты управления 22 и, в зависимости от величины этого сигнала происходит соответствующая подача рабочей жидкости в ту или другую полости цилиндров 23, а в результате этого происходит поворот стойки шасси 24 на заданный угол, т.е. до тех пор, пока величины сигналов, поступающих в блок управления 5 с датчиков 4 и с датчиков 24, не сравняются. Для управления самолетом на малых скоростях /посадка, руление/ поворачивают одну из рукояток 6 или 7, при этом колонки 8 и 9 поворачиваются. Вместе с колонкой 8 поворачивается установленный на ней кулачок 30, который входит в соприкосновение с соответствующим роликом 29, в результате чего качалки 27 поворачиваются, шторки 28 расходятся и через нормально разомкнутые контакты магнитоуправляемых выключателей 19 питание поступает в блок управления 5 в канал "руление". Одновременно поворачивается колонка 9 с упором 32 до совмещения с прорезью зубчатого сектора 13. Дальнейший поворот колонки 9 вызывает поворот зубчатого сектора 13 и перемещение реек 14, которые поворачивают валы задающих датчиков 15. Сигналы с датчиков 15 поступают в блоки управления 5. Одновременно в блоки управления 5 поступают сигналы с датчиков 25 обратной связи, в результате чего в блоке управления 5 возникает сигнал рассогласования, который поступает в электрогидравлические агрегаты управления 22 и, в зависимости от величины этого сигнала происходит соответствующая подача рабочей жидкости в ту или другую полости цилиндров 23, а в результате этого происходит поворот стойки шасси 24 на заданный угол. Одновременно с поворотом зубчатого сектора 13 включается в работу соединенный с ним пружинный цилиндр 17, который возвращает валы датчиков 15 в нейтральное положение при возвращении рукояток 6 и 7 в нейтральное положение, которое при отпускании возвращаются в это положение с помощью пружинного цилиндра 12. Подключение в работу датчиков 15 больших углов поворота происходит только после переключения режимов работы системы магнитоуправляемыми выключателями 19 с режима "Взлет-посадка" на режим "Руление" в механизма переключения 18. Это обеспечивается наличием зазора е между упором 32 на колонке 9 и стенками паза, выполненного на зубчатом секторе 13. Таким образом, так как переключатель 21 имеет только две рабочие позиции "Включено" "Выключено", летчик включает его при посадке и больше уже не обращает на него внимание, так как переключение на режим "Руление" осуществляется привычным способом с помощью рукояток 6 или 7. Использование предложенной системы позволит повысить безопасность управления передней опорой самолета как на взлетно посадочных режимах, так и на режимах руления.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система управления передней опорой шасси самолета, содержащая штурвалы управления с установленными на них переключателями, установленные по правому и левому бортам кабины рукоятки управления, колонки которых кинематически соединены между собой и с центрирующим цилиндром, педали управления, также кинематически связанные между собой и с входными валами датчиков малых углов поворота стойки шасси, задающие датчики больших углов поворота стойки шасси, причем выход каждого датчика больших углов поворота соединен с входом соответствующего блока управления, каждый из которых связан с соответствующим электрогидравлическим агрегатом управления, соединенным с силовым цилиндром исполнительного механизма поворота колес, датчики обратной связи, входные валы которых кинематически связаны с механизмом поворота колес, а выходы с блоками управления, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом переключения режимов, кинематически связанным с колонкой одной из рукояток управления и имеющим магнитно-управляемые выключатели, соединенные через две параллельные цепи включения с переключателем, установленным на штурвале, и механизмом подключения задающих датчиков больших углов поворота стойки шасси, кинематически связанным с колонкой другой рукоятки управления и с дополнительным центрирующим цилиндром.Проектировочный расчет шасси включает в себя подбор колес, амортизатора, а также геометрических параметров стойки и ее составляющих элементов.
Описание стойки шасси
Основные стойки четырёхколёсные, убираются назад по полёту в гондолы, с одновременным переворотом тележки и установкой её вдоль стойки (подобная кинематика широко используется на туполевских машинах). Колёса типа КТ-81/3 с размерностью 930х305 мм. Передняя стойка убирается назад по полёту, в нишу в передней части фюзеляжа. Колёса К-288 с пневматическими шинами высокого давления размерностью 660х200 мм. Ширина колеи основных стоек шасси -- 9.45 м (рисунок 5.1.1).
Рисунок 5.1 - Основная стойка шасси
На тормозных колёсах основных стоек установлена антиюзовая автоматика.
Разворот колёс передней стойки осуществляется посредством педалей у лётчиков. В рулёжном режиме угол разворота составляет ± 55є, во взлётно-посадочном режиме угол разворота ± 8є30ґ. При буксировке самолёта колёса ставятся в режим самоориентирования.
Нетормозное колесо К-288 представляет собой литой барабан из магниевого сплава со съемной ребордой 3, состоящий из двух половин, соединенных между собой болтами. Съемная реборда удерживается на барабане от боковых усилий буртиком, а отпроворотов -- насечкой на буртике и торце реборды. Для предотвращения попадания грязи во внутреннюю полость барабанов колес барабаны имеют защитные щитки 1, 4. Давление в пневматиках колес передней ноги -- 9+0.5 кгс/см2, разность давления в шинах не должна превышать 0.25 кгс/см2. Стояночная усадка пневматиков равна 20 -- 45 мм в диапазоне взлетных масс и 15--40 мм в диапазоне посадочных масс. В процессе эксплуатации колес допускается сетка старения шин, проколы и порезы глубиной до первого слоя корда длиной не более 40 мм, износ протектора по всей окружности без повреждения первого слоя корда.
Исходные данные
Выполнен расчет основной стойки шасси схемы с носовым колесом и соответствующими параметрами:
b=9.45м; а=14.12м; =0.24 рад; r =2 - количество стоек; =4 - количество колес на основной стойке. При расчете учтем, что проектируемый самолет будет эксплуатироваться на бетонных ВПП.
Подбор колес
Подбор колес начинается с выбора типов пневматика, который выбирается с учетом условий эксплуатации и значений посадочной и взлетной скоростей.
Так как самолет садится на бетонную ВПП, то следует установить пневматики высокого давления. Для стояночной нагрузки на колесо:
По полученным данным из сортамента авиационных колес выбираем колесо КТ 81/2 с характеристиками: , .
При этом условия, - выполняются.
Пересчитаем характеристики колес:
Коэффициент грузоподъемности колеса: .
Коэффициент перегрузки: .
При этом требование удовлетворяется. Учитывая то, что самолет садится на бетонную ВПП, принято. Тогда эксплуатационные нагрузки на колесо:
Так как стойка содержит спаренные колеса, то при посадке более нагруженное колесо воспринимает усилие: .
Определение основных параметров амортизатора
Эксплуатационная работа, поглощаемая амортизатором и пневматиком при посадке:
где - редуцированная масса;
Приведенная вертикальная составляющая скорости самолёта во время удара.
Одна стойка воспринимает эксплуатационную работу:
Вычислена эксплуатационная работа, поглощаемая одним пневматиком при посадке.
где - максимально допустимая работа;
Максимально допустимое обжатие пневматика;
Максимально допустимое усилие.
где - стояночное обжатие пневматика;
Коэффициент эксплуатационной перегрузки при посадке.
Для потребной энергоёмкости амортизатора получим:
Ход амортизатора вычислен по формуле:
где - эксплуатационная работа амортизатора;
Коэффициент полноты диаграммы обжатия амортизатора при восприятии работы;
Передаточное число при ходе поршня.
Полагаем, что стойка телескопическая и в момент касания колёсами земли ось стойки перпендикулярна поверхности земли.
Для определения поперечных размеров амортизатора найдена площадь, по которой газ воздействует на шток амортизатора. Выбраны значения параметров:
ч =0.1; ц 0 =0.97.
где х - количество амортизаторов на стойке;
z - количество колёс на основной стойке;
Стояночное усилие.
Для амортизатора с уплотнением, закреплёнными на цилиндре: внешний диаметр штока равен величине:
где - площадь, где газ воздействует на шток амортизатора.
Толщина уплотнительных колец. Тогда для внутреннего диаметра цилиндра:
Начальный объём газовой камеры находим по формуле:
Высота газовой камеры при необжатом амортизаторе равна:
Определён предельный ход амортизатора и. Вычислены вспомогательные величины:
где - максимальная стояночная работа;
Максимально допустимая работа;
Z - количество колёс в носовой стойке;
Начальное давление.
где - предельный ход амортизатора;
Передаточное число, соответствующее ходу штока;
Коэффициент полноты диаграммы обжатия амортизатора при поглощении работы.
Давление газа в амортизаторе при его максимальном обжатии равно:
Высота уровня жидкости над верхней буксой равна:
где - внешний диаметр штока;
Внутренний диаметр цилиндра.
При этом h жо +h г.о S max ; 0.7 + 0.33 ? 0.556.
Задаваясь значениями параметров
Конструктивный ход амортизатора;
Опорная база штока;
Суммарный размер узлов крепления амортизатора;
Получаем длину амортизатора в не обжатом состоянии.
Консультация специалиста
(Скирко Олег, выдержки из статьи для журнала"Авиация общего назначения")
Вопрос: Каким должно быть шасси для СЛА, исходя из специфики его использования?
Ответ:
Учитывая то, что СЛА это летательный аппарат:
шасси у него должно быть с повышенными требованиями к восприятию взлетно-посадочных нагрузок, к поглощению ударов и устойчивости против козления, а также оснащено надежными тормозными устройствами.
Занимаясь проектированием, постройкой и эксплуатацией различного рода летательных аппаратов мы регулярно сталкивались с проблемой надежных элементов для шасси.
Прочно обосновавшаяся в конструкции шасси СЛА рессора - это достаточно элегантное, аэродинамически чистое решение. Привлекает также ее видимая простота и кажущаяся дешевизна. Но является ли рессора именно тем элементом, который поможет непрофессиональному пилоту не поломать самолет в случае вероятной ошибки при выполнении посадки, или опытному пилоту сесть с отказавшим двигателем на ограниченную площадку с неопределённым рельефом? При отсутствии элемента, поглощающего энергию удара, рессора остается просто пружиной с практически линейной зависимостью деформации от нагрузки. С ростом нагрузки рессора деформируется, пока не поломается, а если удар оказался не очень сильным, то накопленная энергия передается обратно самолету, отсюда большая вероятность козления.
Автомобильная амортизационная стойка как альтернатива рессоре, в некоторых случаях выглядит лучше, но учитывая то, что автомобильные амортизаторы изначально созданы для автомобилей с их нагрузками, спецификой работы, то практически не возможно подобрать подходящий по параметрам амортизатор, а присутствие пружины делает шасси достаточно тяжелым. Ведь нормальный стандартный автомобиль или мотоцикл не рассчитывается на удар о землю с вертикальной скоростью 3-4м/с. А работа гидравлики направлена на то, чтобы обеспечить в первую очередь плавность движения.
Единственный выход- это применение традиционного авиационного решения на базе жидкостно-газовых (гидропневматических) амортизаторов. Это является аксиомой, что гидропневматик обладает максимальной способностью поглощать энергию удара при посадке , обеспечивая при этом наибольшую весовую эффективность. Существует большое разнообразие конструктивных исполнений. Основываясь на этом, можно выбрать максимально дешевый амортизатор, с достаточным ресурсом, с возможностью эксплуатировать его в обычных условиях без наличия специального оборудования для подкачки.
В большой авиации под каждый самолет проектируется свой амортизатор. Это объясняется достаточно высокими требованиями к элементам шасси и к самолету в целом со стороны норм летной годности.
В случае же со СЛА ситуация выглядит гораздо проще. Диапазон взлетных весов летательных аппаратов колеблется около 450кг., схемы шасси не дают большой разницы в нагрузках на амортизационную стойку. В связи с этим возможно разработать универсальный амортизатор , который можно применить на любом летательном аппарате, что и было сделано нами.
Выполнив необходимые расчеты и проверив их на опытных стендах мы пришли к выводу, что варьируя с объемом масла и давлением закачки при одном и том же железе, можно получить диаграмму обжатия удовлетворяющую широкому диапазону технических требований. А проводя испытания на специально созданном дропстенде мы подобрали конструкцию клапана обеспечивающую удар об землю без отскока и в тоже время с достаточно быстрым возвратом на обратном ходе.
Следующим шагом было освоение производства шлифованных штоков, поиска надежных высоко ресурсных уплотнений. В результате работы над решением всех этих проблем мы научились создавать амортизаторы под конкретные технические условия заказчика , точно соблюдая заданные параметры.
Исходными данными для проектирования являются:
После создания универсального амортизатора для СЛА, используя стандартные конструктивные схемы, было освоено производство амортизаторов практически на все случаи жизни. Это амортизаторы сжатия и растяжения, скомпонованные штоком вверх и штоком вниз, со стояночной нагрузкой на амортизационную стойку от 80 до 1000 кг.
Давление закачки в общем случае не превышает 20атм., что делает возможным подкачку амортизатора ручным насосом для амортизаторов горного велосипеда. Применяемые полиуретановые уплотнения и высоко ресурсные пары трения делают срок службы амортизатора превосходящим ресурс планера самолета.
Один из вариантов этого амортизатора, созданный для мотоцикла, проехал в условиях наших дорог более 5000 км, что соответствует 25 000 полетам. При этом следов износа, препятствующих нормальной работе, замечено не было.
В настоящее время эти амортизаторы ставят в разных частях Земного Шара на носовые вилки мотодельтапланов и носовые стойки самолетов, на основные стойки мотопарапланов, мотодельтапланов, автожиров и самолетов. Следует заметить, что на летательных аппаратах с повышенным риском приземления с высокой вертикальной скоростью, таких как мотопараплан и автожир, применение гидропневматиков особенно оправдано. Также обоснованным становится применение гидропневматиков при росте взлетного веса в связи с установкой тяжелых силовых установок на базе мощных автомобильных двигателей и двигателей ROTAX-912(914).
0Шасси самолета предназначено для стоянки и передвижения по земле. Оно обычно снабжается амортизаторами, поглощающими энергию ударов при посадке самолета и при передвижении его по земле, и тормозами, обеспечивающими торможение самолета при пробеге и рулении. Помимо колесного шасси, самолеты могут быть оборудованы лыжами, поплавками (гидросамолеты), гусеницами (самолеты повышенной проходимости).
Сравнительная оценка различных схем шасси
Для устойчивого положения самолета на земле необходимы минимум три опоры. В зависимости от расположения главных и вспомогательных опор относительно центра тяжести самолета различают следующие основные схемы: с хвостовой опорой, с передней опорой и велосипедного типа. Самолеты, оснащенные шасси с хвостовой опорой, имеют главные опоры впереди центра тяжести самолета, расположенные симметрично относительно его продольной оси, а хвостовую опору - позади центра тяжести (рис. 72, а).
У самолета, оснащенного шасси с передней опорой, главные опоры (ноги) расположены позади центра тяжести самолета симметрично относительно его продольной оси; передняя опора расположена в плоскости симметрии самолета, впереди центра тяжести (рис. 72, б).
У самолетов с шасси велосипедного типа обычно центр тяжести находится примерно на равном расстоянии от колес или колесных тележек, которые располагаются в продольной плоскости самолета одно позади другого (рис. 72, в). Боковые опоры, расположенные на концах крыла, ударную нагрузку при посадке и взлете не воспринимают.
Шасси велосипедного типа применяются на скоростных самолетах, поскольку убирать шасси в тонкие крылья стало невозможным (шасси убирается в фюзеляж, а небольшие боковые опоры - в крыло).
Наибольшее распространение на современных самолетах получило трехопорное шасси с носовой опорой, что объясняется рядом преимуществ, которые получает самолет, оснащенный таким шасси.
К достоинствам указанной схемы шасси относятся:
возможность приземления на большей скорости (при этом посадка облегчается и делается более безопасной). Объясняется это тем, что носовая стойка предохраняет самолет от капотирования (заваливания на нос), что позволяет также более энергично тормозить колеса. Причем предотвращается и «козление» самолета, так как центр тяжести располагается впереди главных колес и при ударе главными колесами угол атаки и с у крыла уменьшаются;
горизонтальное положение оси фюзеляжа обеспечивает хороший обзор экипажу, создает удобства для пассажиров, облегчает загрузку самолета тяжелыми грузами, позволяет размещать реактивные двигатели горизонтально, при этом газовая струя не разрушает покрытия аэродрома; обеспечивает самолету хорошую устойчивость при пробеге и разбеге.
Вместе с тем схема шасси с передним колесом имеет недостатки: сложность передвижения по мягкому и вязкому грунту, так как «зарывается» переднее колесо, большая опасность при посадке с поврежденной передней ногой, большой вес конструкции, трудность обеспечения значительного объема в передней части фюзеляжа для уборки носового колеса.
Основные части и силовые схемы шасси
Основными частями ноги шасси являются: колеса (на главных опорах обычно тормозные), лыжи или гусеницы, амортизатор, боковые, задние или передние подкосы, замки, запирающие ногу в
выпущенном или убранном положенин, подъемник, обеспечивающий уборку и выпуск ноги.
Шасси неубирающегося типа, в настоящее время применяемое редко, подъемника и замков не имеет.
По конструктивно-силовым схемам шасси можно разделить на ферменные, балочные и ферменно-балочные.
Конструкцию ферменного шасси (рис. 75) образует пространственная ферма, к которой крепится ось колес. Стержни фермы, в число которых входит и амортизационная стойка, воспринимают усилия сжатия и растяжения. Несмотря на малый вес и конструктивную простоту, ферменное шасси в настоящее время применяется редко и только на самолетах малых скоростей, так как уборка та
кого шасси чрезвычайно затруднена.
Балочное шасси (рис. 76) представляет собой консольную балку с верхним концом, заделанным в конструкцию крыла или фюзеляжа. На нижнем конце балки крепится колесо или лыжа. Стойка шасси под действием силы реакции земли работает па сжатие и изгиб. Максимальный изгибающий момент будет в узле крепления, поэтому узел крепления стойки к самолету должен быть достаточно мощным.
Ферменно-балочное шасси (рис. 77) состоит из одной (одностоечное) или двух (двухстоечное) консольных балок, подкрепленных подкосами. Установка подкосов разгружает стойку от изгибающих моментов, боковой подкос - от момента, создаваемого боковой силой, а передний или задний - от момента силы, направленной вдоль оси самолета.
В современной авиации ферменно-балочные шасси получили наибольшее распространение.
Для самолетов с большим полетным весом серьезной проблемой становится проблема уменьшения удельной нагрузки на грунт, так как проходимость самолета по грунту обратно пропорциональна удельному давлению на опорную поверхность шасси. С увеличением числа колес шасси опорная поверхность увеличивается. Поэтому широкое применение получили шасси со спаренным креплением колес на тележке. Наибольшее распространение получили многоколесные тележки с числом колес от четырех до восьми и более. Встречаются самолеты, которые для увеличения проходимости шасси имеют несколько колес, расположенных вдоль фюзеляжа в один или два ряда.
Широкое применение в последние годы получило шасси с рычажной подвеской колес. У такого шасси ось колеса располагается не непосредственно на амортизационной стойке, а на конце вильчатого рычага (см. рис. 76), который к жесткой стойке прикреплен шарнирно.
С подвижной деталью амортизатора (его штоком) вильчатый рычаг соединяется также шарнирно с помощью шатуна. Благодаря шарнирному соединению амортизатор воспринимает только осевые нагрузки и изгиб штока амортизатора таким образом исключается. Рычажная подвеска позволяет амортизировать не только вертикальные, но и горизонтальные силы. За счет рычажной подвески можно значительно уменьшить потребный ход амортизатора и уменьшить высоту стоек шасси.
Шасси самолета может быть убирающимся в полете и неубираюшимся. Очевидно, что конструкция убирающегося шасси значительно сложнее неубирающегося, первое имеет также больший вес за счет механизмов подъема и выпуска как самих шасси, так и створок отсеков и люков, предназначенных для убранного шасси, замков и сигнализации убранного и выпущенного положений. В то же время аэродинамическое сопротивление самолета, совершающего полет с убранным шасси, уменьшается на 20-35% но сравнению с самолетом, шасси которого не убирается. Считают, что для самолетов, у которых удельная нагрузка на крыло превышает 100 кГ/м 2 , выгодно применять убирающееся шасси.
Шасси можно убрать в крыло, гондолы двигателей и в фюзеляж. Иногда для уборки главных ног шасси используются специальные гондолы, расположенные на крыле.
На самолетах с двумя - четырьмя двигателями, установленными на крыле, главные ноги шасси чаще всего убираются в отсеки гондол двигателей вперед или назад и реже вбок (в крыло). При «чистом» крыле, т. е. когда двигатели устанавливаются на фюзеляже и главные ноги крепятся на крыле, целесообразно ноги убирать в бок по размаху, в этом случае стойки убираются в крыло, а колеса- в ниши фюзеляжа. Хвостовые и передние ноги шасси, закрепленные в фюзеляже, убираются в его отсеки. Передние ноги желательно убирать в сторону, противоположную направлению уборки главных ног; например, если главные ноги убираются вперед, то передняя нога должна убираться назад, что обеспечивает наименьшее изменение центровки самолета при убранном и выпущенном шасси. Хвостовые опоры обычно убираются с незначительным перемещением по продольной оси и заметного влияния на изменение центровки самолета не оказывают. Механизмы уборки и выпуска шасси приводятся в действие гидравлическими, газовыми, электрическими и механическими приводами, для каждой ноги шасси предназначен самостоятельный силовой механизм.
Подкосы и фермы шасси
Лобовые и боковые нагрузки, действующие на ногу шасси, а также скручивающие моменты, которые возникают при разворотах самолета на земле, воспринимаются узлами крепления стойки к самолету и подкосами или фермами.
Подкосы изготавливаются из высококачественных стальных труб или штампованных профилей и реже - из легких сплавов. На концах подкосов привариваются ушки крепления к узлам самолета и к узлам стоек шасси. Некоторые подкосы делаются «ломающимися» для обеспечения уборки и выпуска ноги шасси. В таких подкосах для исключения их самопроизвольного складывания при выпущенном положении шасси в шарнир устанавливается замок. Для устранения динамического влияния лобовых нагрузок на колеса в конструкцию задних подкосов иногда включаются гасители продольных колебаний. Гаситель представляет собой цилиндр с поршнем двустороннего действия, удерживаемый пружиной или чаще сжатым газом в определенном положении. При лобовом ударе колеса пружина или газ в гасителе сжимается и дает возможность колесам отклониться назад. Жидкость, имеющаяся в гасителе, при этом перетекает из одной полости цилиндра в другую через калиброванное отверстие малых размеров и гасит энергию удара.
Фермы свариваются или собираются на болтах из стальных труб и реже из профилей. К фермам присоединяются узлы крепления к фюзеляжу или крылу, амортизационным стойкам, а в некоторых случаях - узлы для крепления подъемников, обеспечивающих уборку и выпуск шасси.
Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
