Дудник В.В. - Конструкция вертолетов - 2005. В. В. Дудник конструкция вертолетов
 Скачать 3.33 Mb.
|
|
b должна быть такой, чтобы вертолет при загрузке через гру- 119 Рисунок 88. Передняя и главная опора убирающегося шас- си вертолета Ка-50. зовой люк, посадке на главные колеса и движении по земле не опрокидывался на хвостовую опору. Величина с, называет- сяазой шасси. Минимально необходимая колея шасси В опре- деляется с учетом поперечной устойчивости вертолета. При большой колее вертолет становится чувствительным к ударам в колеса главных опор шасси, вследствие возрастания момен- та рыскания, при малой – не обеспечивается поперечная ус- тойчивость вертолета. Угол опрокидывания Θ определяется из условия безопасности посадки вертолета на режиме авто- ротации. Угол, образованный перпендикуляром, опущенным из центра тяжести вертолета на линию, соединяющую точки прикосновения носового колеса и одного из колес главных опор шасси, и вертикальную, опущенной из центра тяжести, называется противокапотажным углом γ . Он выбирается та- ким, чтобы исключить боковое опрокидывание вертолета ( γ >35…40º), угол значительно увеличивается если использу- ется две носовые стойки. Стояночный угол ξ (между строи- тельной горизонталью фюзеляжа вертолета и поверхностью посадочной площадки) необходим для облегчения движения 120 вертолета по земле ( ξ = 2—3°) или загрузки через задний гру- зовой люк (тогда угол ξ отрицательный). Рисунок 89. Параметры шасси с носовой стойкой. h — расстояние от поверхности посадочной площадки до нижней точки элемента фюзеляжа; ц.т. — центр тяжести вер- толета; ξ — стояночный угол; θ — угол опрокидывания; a, b — вынос колес; с — база шасси; В — колея шасси; ϕ — раз- вал колес; 1 — 1, 2 — 2 — ось поворота вертолета; 3 — 3 — ось симметрии вертолета; с.г.ф. — строительная горизонталь фюзеляжа; Н — расстояние ц.т. до поверхности посадочной площадки; γ — угол опрокидывания (противокапотажный угол); 4,5,5' — точки пересечения. 7.2. Конструктивно-силовые схемы стоек колесных шасси Совокупность всех элементов, передающих нагрузки от колес к планеру вертолета, называется стойкой шасси. Для наиболее распространенного, колесного шасси ис- пользуются ферменные, балочные, и рычажные схемы. Ферменные стойки шасси имеют большие размеры, значи- тельное аэродинамическое сопротивление и существенно 121 портят внешний вид вертолета. Ферменная пирамидальная силовая схема (рисунок 90а) состоит из трех стержней, кото- рые шарнирно крепятся к силовым элементам нижней части фюзеляжа. Они воспринимают боковые и лобовые нагрузки от колеса. Кинетическая энергия вертолета при посадке вос- принимается амортизатором, встроенным в стержень фермы. Чтобы в конце обжатия колесо имело максимальную площадь контакта с грунтом, оно в не обжатом состоянии должно иметь угол развала. Угол развала не должен превышать вели- чину, при которой возможен срыв протектора в процессе об- жатия амортизатора при изменении колеи шасси. Шток амор- тизатора воспринимает только осевые силы, что создает бла- гоприятные условия работы уплотнений. В ферменном шасси с вертикальной стойкой (рисунок 90б) при обжатии амортизатора плоскость колеса не меняет своего положения, поэтому условия работы пневматика более благоприятные, чем в предыдущей схеме, однако конструкция получается более громоздкая. Рисунок 90. Силовая схема ферменного шасси. а - пирамидального типа, б - с вертикальной стойкой. 1 - подкосы, 2 – колесо, 3 – амортизатор. Балочная конструкция стойки шасси представляет собой консольную балку, прикрепленную к пилонам фюзеляжа, на- гружаемую в верхней части большим изгибающим моментом (рисунок 91а). Балочные амортстойки крепятся к планеру вер- 122 толета таким образом, чтобы воспринимались все виды на- грузки со стойки на каркас вертолета. Основным отличием балочного шасси, помимо его компактности, является нагру- жение штока амортизатора, воспринимающего не только осе- вую, но и продольную, и поперечную силу. Поэтому возмож- но появление большого усилия трения в буксах амортизато- ров. Для исключения поворота колеса относительно амортиза- ционной стойки обычно устанавливается шлиц-шарнир. При отсутствии нагрузки на колесо угол между звеньями шлиц- шарнира должен быть меньше 150˚ для исключения заклини- вания его при обжатии амортизатора. При необходимости уменьшить высоту опоры шасси при- меняют рычажную установку колеса (рисунок 91б). Она по- зволяет значительно увеличить ход колеса при небольшом ходе амортизатора. Рисунок 91. Схема балочного шасси (а) и рычажного с ме- ханизмом уборки (б). 7.3. Земной резонанс У вертолета, находящегося на поверхности земли, по какой-либо причине лопасти могут повернуться на верти- кальных шарнирах и занять положение, показанное на ри- сунке 92. Центр тяжести винта при этом не совпадет с 123 осью вала. Появится центробежная сила, которая при вра- щении вызовет гармонические реакции в опорах вала. Эти реакции действуют на фюзеляж. Однако, вследствие обжатия амортизационных стоек и деформации пневматиков колес, появляются колебания стоящего на земле вертолета. Рисунок 92. Винт с отклоненными относительно верти- кального шарнира лопастями. Колебания фюзеляжа на податливом шасси могут совпа- дать по частоте с колебаниями лопастей относительно вер- тикальных шарниров. Колебания могут интенсивно возрас- тать в некотором диапазоне угловых скоростей и в течение небольшого промежутка времени привести к разрушению летательного аппарата. Такое явление называется земным резонансом. Земной резонанс можно снизить, введя демпфирование. Оно должно быть обеспечено, как в вертикальном шарни- ре, так и в амортизационной стойке. Установленный на вер- тикальном шарнире демпфер позволяет снижать колебания описанного типа. Весьма эффективным средством снижения земного резонанса является использование амортизаторов, эффективных на всех наземных режимах, или введение спе- циальных демпферов поперечных колебаний вертолета. В це- 124 лом, каждый тип вертолета проходит проверку на возмож- ность земного резонанса и отстройку собственных частот ко- лебаний. 7.4. Шимми Колеса главных опор шасси обычно выполняются не ориентирующимися, с тормозами. Носовое (хвостовое) колесо обычно делается самоориентирующимся. В результате сво- бодной ориентации колеса на передней стойке шасси могут возникнуть поперечно-крутильные автоколебания – шимми (рисунок 93), происходящие в результате взаимодействия сил реакции со стороны взлетно-посадочной полосы, инерцион- ных и упругих сил конструкции. Рисунок 93. Вид колебаний типа шимми 125 Явление шимми можно устранить установкой на передней стойке шасси двух колес с выносом их оси вращения назад по отношению к оси амортизатора или установкой специального демпфера шимми (рисунок 94). Рисунок. 94. Установка демпфера шимми на стойке шасси. 1 – неподвижная часть стойки шасси, 2 – демпфер, 3 – вра- щающаяся часть стойки. 7.5. Неколесные и комбинированные виды шасси Кроме колесного шасси, на легких и сверхлегких вертоле- тах применяют полозковое шасси. Оно имеет простую конст- рукцию, меньшую массу и меньшее аэродинамическое сопро- тивление. К недостаткам полозкового шасси следует отнести невозможность посадки вертолета с пробегом и взлета с раз- бегом, а также маневрирования по земле. Амортизация в та- ком шасси происходит либо за счет изгиба подкосов, крепя- щих полозья к фюзеляжу, либо за счет дополнительных амортизаторов. Однако, одни подкосы обеспечивают низкие демпфирующие свойства. 126 При использовании полозков также необходима хвостовая опора. Для защиты от неровностей посадочных площадок и эрозии нижней поверхности полозьев к ним с помощью хому- тов часто крепятся титановые накладки (рисунок 95а). Пере- мещение по земле производится с помощью колес на криво- шипном механизме, прикрепляющихся к каждому полозу в районе центра масс летательного аппарата. Колесо устанавли- вают так, чтобы при повороте кривошипа оно опускалось ни- же полоза (рисунок 95б). Большой рычаг позволяет одному человеку поднять вертолет на небольшую высоту, а неслож- ный фиксатор закрепляет ось колеса на уровне полоза. Так как колеса закрепляются в районе центра масс, небольшое вертикальное усилие, приложенное к носовой или хвостовой части, позволяет поддерживать вертолет в горизонтальном положении на двух колесах. В таком состоянии вертолет можно передвигать по земле. Для посадки вертолета на воду нижнюю часть фюзеляжа вертолета выполняют в виде лодки, форму и сечение которой определяют из условия минимального сопротивления при разбеге и отрыве от водной поверхности. Поплавки, установленные по бокам фюзеляжа, обеспечи- вают поперечную устойчивость. Лодки и поплавки состоят из изолированных друг от друга герметичных отсеков, что необ- ходимо для обеспечения плавучести и устойчивости при не- большом повреждении днища лодки или поплавков. Посадка на суше осуществляется на колесное шасси. В поплавках обычно устанавливают главные опоры шасси, а на лодке - хвостовую опору или носовую стойку. Для устранения пики- рующего момента и рыскания при посадке на воду, и умень- шения гидравлического сопротивления при перемещении по воде опоры шасси убираются и выпускаются при посадке вер- толета на сушу. Для аварийной посадки вертолета на воду применяют ре- зиновые баллоны, которые заполняются газом в момент каса- ния водной поверхности. Аварийные баллоны обеспечивают надежную плавучесть и устойчивость на поверхности воды. В полете баллоны могут быть уложены, как во внутренние отсе- 127 Рисунок 95. Установка защитных накладок (а) и съемных колес (б) на полозковое шасси. 1-ось вращения, 2-колесо, 3-фиксатор, 4- съемный рычаг, 5-полозок, 6-защитная накладка. ки воздушного судна, так и в навесные контейнеры. Лыжное шасси образуется при замене колес или полозков лыжами. Оно снижает давление на поверхность и значительно улучшает проходимость вертолета по снегу. Определяющим недостатком этого типа шасси являются плохие тормозные свойства, затруднение в обеспечении маневренности вертоле- та по аэродрому, а также сложность уборки лыж. В колесно-лыжном шасси одновременно используются преимущества колесного и лыжного шасси. Такое шасси об- разуется установкой рядом с колесом лыжной приставки (ри- сунок 96) или между колесами тележки небольшой подъем- ной лыжи. Колесно-лыжное шасси допускает эксплуатацию вертолетов на колесах (на площадке с твердым покрытием) или на лыжах (на площадке со снежным покрытием). Эти по- садочные устройства находят широкое применение среди вер- толетов горноспасательных служб, совершающих посадки, как на заснеженные вершины, так и на твердые аэродромы. 128 Рисунок 96. Конструктивная схема колесно-лыжного шас- си. 1 – стойка, 2 – колесо, 3 – гидроподъемник, 4 – лыжа, 5 – предохранительный трос, 6 – двухзвенник, 7 – стабилизатор. 7.6. Амортизация шасси Амортизация шасси предназначена для поглощения кине- тической энергии ударов при посадке, гашения колебаний при стоянке и перемещении по земле. В качестве поглотителя ки- нетической энергии используют амортизаторы и колеса. Для всех типов амортизаторов обязательно наличие упругого и демпфирующего элементов. Упругий элемент необходим для аккумулирования части воспринимаемой кинетической энер- гии, используемой для восстановления исходного состояния амортизатора. Демпфирующий элемент должен поглощать кинетическую энергию, превращать ее в тепло и рассеивать в окружающую среду. Можно выделить следующие типы амортизаторов: резино- пластинчатые, резино-шнуровые, жидкостно-газовые, пру- жинные, жидкостно-пружинные, упруго-жидкостные, пру- жинно-фрикционные. Резиновые амортизаторы используют как при работе на растяжение, так и при работе на сжатие. В первом случае обычно применяют резиновый шнур, во втором — резиновые пластины. Резиновый шнур состоит из нитей прямоугольного 129 сечения, растянутых до 150—200% начальной длины. Коэф- фициент потерь шнуров не превышает 0,18. Пластинчатые амортизаторы (буферы) набирают из резиновых пластин. Ко- эффициент потерь составляет 0,25—0,5 при сжатии на 25-50% свободной высоты. Буфер поглощает большую энергию, если пластины при сжатии имеют возможность свободно расши- ряться в стороны. Потери кинетической энергии в резиновых амортизаторах обусловлены внутренним трением материала, возникающим при значительных деформациях. Основным их недостатком является небольшая доля поглощенной энергии и изменение свойств под действием отрицательных факторов: света, тем- пературы, смазывающих жидкостей и времени. Жидкостно-газовые и пружинные амортизаторы являются основными типами амортизаторов, применяемых на вертоле- тах. В жидкостно-газовом амортизаторе в качестве упругого элемента используется сжатый газ. Пример жидкостно-газового амортизатора показан на ри- сунке 97. Цилиндр крепится к конструкции вертолета, а на нижний конец штока передается усилие, действующее от ко- леса. Объем цилиндра заполнен газом (обычно азотом) под давлением и специальной жидкостью. При ударе колеса о землю шток движется вверх. В результате движения штока жидкость течет вниз через отверстия в буксе. При этом кла- пан обратного хода опускается и жидкость имеет возмож- ность перемещаться со сравнительно небольшим гидравличе- ским сопротивлением. Вследствие увеличения объема зани- маемого штоком, давление газа в верхней полости растет, увеличивается и сила, выталкивающая шток вниз. Достигнув какой-то величины, он начинает движение вниз. В этом слу- чае клапан частично перекрывает отверстия в буксе, жидкость теперь перетекает вверх с большим гидравлическим сопро- тивлением. Гидравлические потери обеспечивает перевод части кинетической энергии в тепловую с дальнейшим рас- сеиванием ее в атмосфере. Зависимость изменения усилий, действующих на аморти- затор от величины его обжатия P = f(S), называется диаграм- 130 мой работы амортизатора (рисунок 98). Эта зависимость строится на прямом ходу (1), при обжатии амортизатора при- ложенными внешними силами, и на обратном (2), при удли- нении амортизатора за счет энергии сжатого газа. Площадь, ограниченная этими кривыми, есть доля кинетической энер- гии, преобразованная в тепловую за один цикл. Петлеобраз- ная кривая называется петлей Гистерезиса. Рисунок 97. Схема жидкостно-газового амортизатора. 1 – цилиндр, 2 – емкость с газом, 3 – букса с отверстием, 4 – клапан обратного хода, 5 – емкость с жидкостью, 6 – уп- лотнение, 7 - шток. Существуют двухкамерные амортизаторы, использующие телескопический принцип. В них одна камера имеет меньший диаметр, чем другая, а ее цилиндр служит штоком для второй камеры. Камеры имеют разные давления газа. Камера низкого давления предназначена для работы при малых нагрузках на шасси, то есть когда несущий винт уже поднял часть веса вер- толета. Камера высокого давления предназначена для погло- щения энергии удара при посадке и для восприятия всего веса 131 Рисунок 98. Диаграмма работы жидкостного амортизатора шасси. вертолета. При малых нагрузках на шасси шток стоит на упо- рах и камера не работает. Такая конструкция позволяет эф- фективно «защищаться» от наземных колебаний и силовых воздействий практически на всех наземных режимах вертоле- та. 7.7. Колеса шасси Основным элементом колеса шасси является пневма- тик, который состоит из покрышки и камеры, хотя использу- ются и бескамерные пневматики. Для увеличения прочности и износоустойчивости покрышки выполняются многослой- ными. Нагрузка на пневматик уравновешивается действием избыточного давления воздуха внутри него. Пневматиками частично поглощается удар при посадке. Доля энергии не превышает 25—50% кинетической энергии вертолета при по- садке. Габариты колес характеризуются отношением В/D (В — ширина, a D - диаметр покрышки). Авиационные колеса, по типу применяемых пневматиков, делятся на баллонные 132 (предельное значение внутреннего давления в пневматике р 0 =0,2—0,4 МПа), полубаллонные (р 0 = 0,5—0,7 МПа), среднего давления (р 0 = 0,6—1,0 МПа), высокого давления (р 0 = 1,2— 2,0 МПа) и сверхвысокого давления (р 0 = 2,2 МПа). Важной характеристикой пневматика является проходи- мость по грунту - способность трогаться с места и двигаться по аэродрому. Проходимость характеризуется прочностью грунта, величиной преодолеваемых неровностей, коэффици- ентом сопротивления и глубиной колеи, образующейся при движении по грунту взлетно-посадочных устройств (рисунок 99). Примерное значение коэффициента сопротивления каче- нию f кач при скорости 1 м/с приведено на рисунке 100. Рисунок 99. Давление пневматика на грунт и форма колеи: а — небольшая скорость качения пневматика по мягкому грунту, б — сравнительно большая скорость движения, в — движение пневматика по абсолютно твердому грунту. h — глубина колеи, а — угол наезда колеса. Для обеспечения проходимости по мокрому грунту давле- ние в пневматике не должно быть выше 0,3—0,35 МПа и 0,5—0,6 МПа для сухого грунта. 133 Рисунок 100. Изменение коэффициента сопротивления ка- чению колеса f кач в зависимости от давления в пневматике Р 0 : 1, 2, 3 — соответственно, в период распутицы, просыхания, сухой и плотный грунт. Одной из проблем, свойственных для пневматиков, явля- ется их чрезмерный износ при посадке, в момент касания зем- ли нераскученных колес. При этом стойки и амортизаторы также испытывают продольные перегрузки. Для того, чтобы снизить влияние этих факторов, в некоторых случаях, приме- няют предварительную раскрутку колес с помощью аэроди- намических или электрических устройств. Колеса главных ног шасси обычно выполняются тормоз- ными (рисунок 101). Тормоза должны обеспечивать одновре- менность и одинаковость торможения колес, во избежание разворота вертолета. Применяются колодочные, камерные и дисковые тормоза. Дисковые тормоза имеют меньшие габариты, при одина- ковой энергоемкости и эффективности, и высокую степень надежности, поэтому находят широкое применение. Диско- вый тормоз работает по принципу фрикционной муфты вклю- чения. При подаче давления жидкости в блок цилиндров поршни, преодолевая сопротивление возвратных пружин, пе- ремещают нажимной диск. Он прижимает неподвижные дис- ки к вращающимся, и колесо затормаживается. Момент тор- 134 можения дисковых тормозов не зависит от направления вра- щения колеса. Рисунок 101. Тормозное колесо. 1 – бескамерный пневматик, 2 – барабан, 3 – неподвижный реборд, 4 – быстросъемный реборд, 5 –подшипник, 6 – ось, 7 - стойка шасси, 8 – корпус тормоза, 9, 10 – диски, 11 – гидро- цилиндр, 12 – поршень привода тормоза. |