основы авиации. Основы авиации. ВС и его системы для пилотов РРL. Уральский утц га воздушное судно и его системы (Учебный материал по программе подготовки пилотов (ррl(A))
 Скачать 3.63 Mb.
|
|
3.1. Конструктивно - силовые схемы шасси Опора шасси состоит из основного силового элемента - стойки, устройства для поглощения и рассеивания энергии ударных нагрузок - амортизатора и опорных устройств - колёс. Конструктивно-силовые схемы опор шасси можно классифицировать по следующим признакам: способу крепления стойки к самолёту; способу размещения амортизатора на опоре; способу крепления колёс к стойке. 3.2. Способы крепления стойки к самолёту По этому признаку различают консольную и подкосную схемы крепления стоек. При консольной схеме стойка жёстко закрепляется (защемляется) в верхнем узле крепления и в силовом отношении представляет собой работающую на изгиб консольную балку. Жёсткая заделка обеспечивается запиранием стойки в выпущенном положении механическим замком той или иной конструкции. Защемление неубирающейся стойки обеспечивается конструкцией узла её крепления. Основной недостаток данной схемы заключается в том, что в корневой части стойка воспринимает большие изгибные нагрузки, сильно увеличивающие её массу.  В подкосной схеме стойка (1) снабжается дополнительными подкосами (2) в одной или двух плоскостях, которые существенно снижают изгибающие моменты в корневой части стойки и, как правило, обеспечивают общий выигрыш в массе шасси.  Подкосы для обеспечения уборки могут быть складывающимися. В качестве подкоса иногда используются подъёмники шасси. В обоих случаях должна обеспечиваться надёжная фиксация стойки в выпущенном положении. Подкосная схема кроме выигрыша в массе конструкции, обеспечивает и более жёсткое закрепление стойки к самолёту, что благоприятно сказывается на устранении некоторых видов автоколебаний стоек, возникающих при движении самолёта по земле. Схема подкосного шасси получила самое широкое распространение на современных самолётах. 3.3. Схемы размещения амортизаторов В зависимости от расположения амортизатора относительно силового элемента опоры - стойки, различают телескопическую (а), рычажную (б и в) и полурычажную (г) схемы стоек.  Телескопическая (а) стойка объединяет в себе силовой элемент - трубчатую стойку и амортизатор. Труба стойки выполняет роль цилиндра амортизатора, внутрь которого входит шток с поршнем, образуя с цилиндром телескопическую пару. На нижнем конце штока подвешиваются колеса. Чтобы исключить вращение штока в цилиндре оба этих элемента соединяются двухзвенником (шлиц-шарниром), обеспечивающим только поступательное движение штока в цилиндре при действии осевой сжимающей нагрузки. К недостаткам этой схемы следует отнести отсутствие амортизации боковых нагрузок и нагрузок переднего удара, а также большое трение в буксах и уплотнении амортизатора при действии этих нагрузок. Частичную амортизацию переднего удара при этой схеме можно обеспечить, придав стойке некоторый угол наклона в продольной плоскости, параллельной плоскости симметрии самолёта. Большего участия амортизатора в восприятии силы переднего удара можно получить, используя качающуюся телескопическую схему стойки. В  этой схеме стойка шарнирно подвешивается в верхнем узле крепления и фиксируется в выпущенном положении жёстким подкосом, присоединённым спереди к среднему шарниру двухзвенника. При переднем ударе в колеса усилие в подкосе заставляет обжиматься амортизатор, что обеспечивает снижение нагрузок и более мягкую передачу энергии переднего удара на конструкцию шасси и самолёта. При обжатии амортизатора происходит поворот (качание) стойки относительно верхнего шарнира, чем и объясняется название данной схемы. Рычажная схема стойки характерна тем, что колеса в этом случае закрепляются на рычаге, который шарнирно крепится к стойке или фюзеляжу.  Шток амортизатора соединяется с рычагом пространственным шарниром, что полностью исключает передачу на амортизатор изгибающих моментов и обеспечивает идеальные условия для работы уплотнения и букс амортизатора. Используются две разновидности рычажных стоек: рычажная стойка с внутренним амортизатором, который размещён внутри стойки (б); рычажная стойка с выносным амортизатором, закреплённым снаружи стойки (а); рычажная схема без стойки (г). Кроме улучшения условий работы амортизатора, рычажная схема обеспечивает амортизацию переднего удара, при котором происходит поворот рычага и обжатие амортизатора. Полурычажная схема (в) представляет собой комбинацию телескопической и рычажной стоек. В этой схеме рычаг с колёсами шарнирно подвешивается не к стойке, а к штоку амортизатора, и между рычагом и стойкой спереди с помощью двух шарниров устанавливается дополнительное звено - серьга, обеспечивающая обжатие амортизатора при нагружении колёс. Амортизатор включается в работу и при вертикальной нагрузке, и при переднем ударе в колеса, однако сама сила переднего удара передаётся на шток и вызывает его изгиб. 3.4. Схема крепления колёс Крепление колёс к штоку амортизатора или к рычагу может выполняться с помощью вилки, полувилки, полуоси или двух полуосей.  Размещение более четырёх колёс на одной оси сильно затрудняет маневрирование самолёта и размещение колёс в убранном положении. Поэтому для четырёх и более колёс на одной опоре обычно используются многоколёсные тележки, рассчитанные на размещение четырёх, шести или восьми колёс на двух или трёх осях. Оси колёс устанавливаются на силовом элементе - раме тележки. Крепление осей к раме может быть неподвижным или подвижным (в подшипниках скольжения) в зависимости от способа передачи тормозных моментов с колёс на стойку.  Для выравнивания нагрузок между осями тележка подвешивается к стойке шарнирно, что требует установки дополнительного стабилизирующего амортизатора, задающего положение тележки относительно стойки и демпфирующего колебания тележки относительно шарнира.  Использование многоколёсных тележек шасси требует особого способа передачи тормозных моментов колёс на стойку. Если тормозные моменты колёс передавать на оси тележки, то рама тележки под действием этих моментов будет поворачиваться относительно шарнира тележки, увеличивая нагрузку на передние колеса и разгружая задние.  Это приводит к неравномерному износу колёс и снижает эффективность торможения на пробеге. Чтобы исключить влияние тормозных моментов на перераспределение нагрузки между осями колёс эти моменты обычно не передаются на раму тележки. В этом случае корпус тормоза устанавливается на оси подвижно (или ось вместе с корпусом тормоза шарнирно закрепляются в раме) и удерживается от вращения при торможении специальной тягой, закреплённой на стойке (штоке амортизатора) выше или ниже шарнира подвески тележки. Расположение такой тормозной тяги должно подчиняться простому правилу - ось тяги должна быть направлена в точку пересечения линии, проходящей через ось шарнира тележки и ось колеса, с линией земли при обжатых пневматиках колёс. Если шарнир тележки и оси колёс расположены на одной горизонтали, то тормозная тяга располагается горизонтально. 3.5. Особенности крепления передних колёс Особенности конструкции передних опор шасси связаны с необходимостью обеспечения управляемости самолёта при движении по земле. С этой целью для передних колёс обязательно предусматривается режим свободного ориентирования. Устойчивость движения в таком режиме обеспечивается созданием плеча устойчивости( t ), при котором точка касания земли колёсами находится позади оси разворота колёс.  После отрыва самолёта от земли, свободно ориентирующиеся колеса должны автоматически устанавливаться в нейтральном положении в плоскости симметрии самолёта. Для этого в конструкции передней опоры предусматривается специальный механизм установки колёс в нейтральное положение. Один из них показан на рисунке. В этом амортизаторе имеется пара профилированных кулачков, один из которых связан со штоком (верхний), а другой - с цилиндром. После отрыва от земли давлением зарядки амортизатора шток выдвигается наружу и верхний кулачек, скользя по нижнему неподвижному кулачку, устанавливает шток и колеса в нейтральное положение. При движении самолёта по земле с большой скоростью деформация колёс и стоек под нагрузкой вызывают резкие развороты колёс в обе стороны.  Такие автоколебания передних стоек получили название «шимми». Для исключения "шимми" передние колеса снабжаются специальными гидравлическими демпферами. При развороте колёс движение передаётся на поршень или лопатки этого демпфера, которые перегоняют жидкость из одной полости в другую через малые калиброванные отверстия. При быстрых колебательных движениях колёс сопротивление жидкости резко возрастает, что исключает развитие автоколебаний. При маневрировании самолёта скорость разворота колёс мала и демпфер не оказывает существенного влияния на рулёжные качества самолёта. На тяжёлых самолётах, на самолётах передние опоры снабжаются системой принудительного разворота колёс по командам лётчика. При отключении этой системы колеса переходят в режим свободного ориентирования. 3.6. Жидкостно-газовый амортизатор Основными элементами жидкостно-газового амортизатора являются цилиндр 1, поступательно перемещающийся в нем шток 2, плунжер 3, профилированная игла 4, клапан торможения 6, пакет уплотнений 7, обеспечивающий герметизацию внутреннего объёма амортизатора. Шток опирается на цилиндр бронзовыми буксами. Верхняя букса 5 связана со штоком и перемещается вместе с ним, а нижняя закреплена неподвижно в нижней части цилиндра. Амортизатор через специальные клапаны заливается до определённого уровня жидкостью и заряжается сжатым азотом до начального давления ро.  При действии сжимающих нагрузок шток входит в цилиндр, объем газовой камеры уменьшается, а давление в ней и нагрузка на штоке возрастают. Жидкость из нижней полости штока перетекает в верхнюю полость цилиндра через кольцевую щель между иглой и плунжером, испытывая при этом большое сопротивление. Далее жидкость через отверстия в буксе 5 проходит в кольцевую полость между штоком и цилиндром. Кольцевой клапан 6 при этом опускается вниз и открывает свободный проход для жидкости. Приложенная к штоку сила Р на прямом ходе затрачивается на сжатие газа Рг, преодоление сил сопротивления перетеканию жидкости Рж, сил трения в буксах и уплотнениях Рт и сил инерции Рин движущихся со штоком элементов. Рп.х. = Рг + Рж + Рт + Рин. Работа сил инерции невелика и ими можно пренебречь. Давление газа и сила Рг определяются с показателем к = 1,1 - 1, 2. Рго - сила, создаваемая давлением начальной зарядки амортизатора. Сила сопротивления перетеканию жидкости прямо пропорциональна квадрату отношения скорости штока к площади проходных отверстий для жидкости. Полная работа, поглощённая амортизатором, равна сумме А = Аг + Аж + Ат. Работа сил трения и жидкости превращается в теплоту и рассеивается, а работа, затраченная на сжатие газа, аккумулируется и возвращается самолёту на обратном ходе. При обратном ходе штока, который происходит с меньшей скоростью, жидкость перетекает в обратном направлении. Кольцевой клапан поднимается жидкостью вверх и резко уменьшает площадь проходных отверстий в буксе 5 , что обеспечивает рассеивание энергии на обратном ходе. Изменение усилия Рг на обратном ходе происходит так же, что и на прямом ходе. Силы трения и сопротивления жидкости вычитаются из усилий, создаваемых газом Р = Рг - Рж - Рт. Работа сил трения и сопротивления жидкости и на обратном ходе переходит в тепловую и рассеивается. У современных амортизаторов полная рассеянная работа составляет 50 - 60 % от поглощённой на прямом ходе энергии. Полная поглощённая энергия удара при посадке при опускании центра масс самолёта за счёт деформаций амортизатора, пневматиков колёс и конструкции определит максимальную нагрузку на колеса. При грубой посадке с повышенными вертикальными скоростями сопротивление жидкости резко возрастает, что приводит к увеличению расчётных нагрузок на амортизаторе - появлению пиковых перегрузок. Для устранения этого недостатка были разработаны двухкамерные жидкостно-газовые амортизаторы. 3.6.1. Двухкамерный жидкостно-газовый амортизатор Параметры амортизатора определяются исходя из расчётной вертикальной скорости Vy и соответствующей ей энергии удара при посадке. Однако большая часть посадок, выполняемых опытными лётчиками, происходит со скоростями Vy, значительно меньшими расчётной. В этом случае желательно иметь более мягкий амортизатор, который обеспечит меньшие нагрузки при посадке. С этой целью желательно снижать давление начальной зарядки амортизатора. Обычно оно соответствует усилию, равному 0,5 - 0,6 от стояночной нагрузки. Дальнейшее уменьшение Рг снижает запас энергоёмкости амортизатора на разбеге, когда нагрузка на колеса максимальна и мягкий амортизатор будет сильно обжат. Компромиссное решение можно получить, используя двухкамерный амортизатор.  В таком амортизаторе создаётся две газовые камеры, заряженные разными начальными давлениями - камера низкого (Н) и камера высокого (В) давления. В начальный момент обжатия амортизатора в работу вступает камера низкого давления, а когда в ней давление станет равным давлению зарядки второй камеры, начинают работать обе камеры совместно. За счёт увеличения общего объёма сжимаемого газа, обжатие становится более плавным. В двухкамерном амортизаторе давление зарядки в первой камере (Н) можно снизить до 0,1 - 0,15 от стояночной нагрузки и получить более мягкий амортизатор при посадке и достаточный запас энергоёмкости амортизатора на разбеге и пробеге для поглощения ударных нагрузок при наезде на неровности, особенно на большой скорости в конце разбега. 3.7. Тормоза колёс Тормоза служат для сокращения длины пробега после посадки, обеспечивают маневрирование самолёта при рулении, его неподвижность на стоянке и при опробовании двигателей. Тормоза должны обеспечивать создание максимального тормозного момента на колесе, определяемого предельной величиной коэффициента трения колеса о поверхность ВПП, а также поглощение и рассеивание кинетической энергии самолёта на пробеге. Практическое применение получили три типа тормозов - колодочный, камерный и дисковый. Колодочный тормоз состоит из двух или более жёстких тормозных колодок, покрытых специальным фрикционным материалом (ретинакс), имеющим высокий коэффициент трения и выдерживающий нагрев до 10000 С.  Колодки шарнирно подвешиваются на корпусе тормоза, который неподвижно закреплён на оси колеса. Снаружи над колодками находится стальной барабан с оребрением (рубашка), связанный болтами с корпусом колеса и вращающийся вместе с ним. Тормозные колодки специальными гидроцилиндрами по сигналам лётчика прижимаются к барабану и затормаживают колесо. При растормаживании пружины возвращают колодки в исходное положение. Энергоёмкость колодочного тормоза невелика, поэтому его применение оправдано лишь на лёгких самолётах с невысокими посадочными скоростями. Камерный тормоз состоит из неподвижно закреплённого на оси колеса корпуса тормоза 2, на котором по окружности установлено большое количество тормозных колодок 4, покрытых фрикционным материалом.  Колодки за счёт радиальных пазов могут перемещаться относительно корпуса только в радиальном направлении, причём специальными пластинчатыми пружинами 6 они отжимаются постоянно к оси колеса. На корпусе тормоза под колодками находится плоская кольцевая резиновая камера 3, в которую подаётся сжатый воздух или гидросмесь под давлением из тормозной системы самолёта. Камера, расширяясь и преодолевая действие пружин, прижимает тормозные колодки к стальному барабану, закреплённому на корпусе колеса, и производит его торможение. Такой тормоз обеспечивает равномерное прижатие всех тормозных колодок к барабану, не требует регулировки зазоров между колодками и барабаном, но из-за наличия резиновой камеры, которая боится перегрева, его энергоёмкость также невелика. |