Глава 13

ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ШАССИ

   Из множества возможных конструктивно-компоновочных решений, обеспечивающих заданные ТЗ условия базирования, наиболее широкое применение на самолетах различных типов получило колесное трехопорное шасси с носовой вспомогательной опорой (см. раздел 7.3, рис. 7.45, 7.46).
   Шасси современного самолета стало сложным устройством, а масса шасси достигает 3-5% взлетной массы самолета. Конструкция шасси, работая в тяжелых условиях нагружения при движении по аэродрому, оказывает заметное влияние на конструкцию самолета в целом.

13.1. Движение самолета по аэродрому

   Рассчитываемый на ресурс 60 000 летных часов пассажирский самолет за время эксплуатации совершит 20 000 рейсов продолжительностью 3 часа каждый. В каждом рейсе при разбеге на взлете самолет пробегает по ВПП примерно 1500 м и при пробеге на посадке примерно 1500 м, а кроме того, в процессе выруливания со стоянки перед полетом и заруливания на стоянку после полета еще не менее 2000 м. Следовательно, за время службы самолет пробегает по аэродрому примерно 100 000 км с весьма высокой скоростью (в условиях интенсивной эксплуатации аэропортов движение по рулежным дорожкам происходит на скоростях до 70 км/ч).
   Нагружение циклическими нагрузками при движении по неровным поверхностям аэродрома оказывает существенное влияние на усталостную прочность шасси и самолета в целом.
   Весьма высока и динамическая нагрузка в момент касания при посадке. Даже с мощной взлетно-посадочной механизацией крыла современные самолеты при посадке в момент касания земли обладают большой вертикальной V_y и горизонтальной V_x скоростью и, соответственно, большой кинетической энергией E = mV²/2, где m - масса самолета при посадке,

   Тормозные устройства. Горизонтальная составляющая кинетической энергии самолета Ex = mV_x²/2 определяет работу A_x, которую должны совершить тормозные устройства самолета для остановки его при пробеге. Тормозные устройства, в основном за счет работы на преодоление сил трения, превращают кинетическую энергию в тепловую и, охлаждаясь, рассеивают ее в окружающем пространстве при послепосадочном пробеге и стоянке самолета. В качестве тормозных устройств применяются воздушные тормоза (аэродинамические тормозные щитки), тормозные парашюты, реверсеры двигателей. Однако основную долю горизонтальной составляющей кинетической энергии самолета E_x превращают в тепловую энергию и рассеивают в окружающем пространстве тормоза колес.
   В общем случае

A_x = E_x = F L η,

    Отметим, что аэродинамическая сила воздушных тормозов уменьшается с уменьшением скорости самолета при пробеге. При пробеге изменяется также и сила сцепления колес с поверхностью ВПП (тормозная сила трения)

F_тр = ƒ_трR,

   Нулевая в момент касания сила R увеличивается с уменьшением скорости при пробеге, поскольку уменьшается подъемная сила крыла и сила тяжести самолета прижимает колеса к ВПП. Коэффициент трения ƒ_тр зависит от состояния поверхности ВПП и от характера движения колеса. Торможение колес должно обеспечить движение их без проскальзывания , что повышает тормозную силу колес.
   Принцип устройства тормозного колеса с дисковым тормозом иллюстрируется рис. 13.1.

Рис. 13.1. Тормозное колесо

   Бескамерный пневматик 1 надевается на барабан 2 между неподвижной ребордой 3 и быстросъемной ребордой 4, облегчающей монтаж пневматика. В ступицу (утолщенную центральную часть барабана) запрессованы подшипники 5, на которых барабан 2 свободно вращается относительно оси 6. Ось 6 неподвижно крепится к стойке шасси 7. К оси 6 неподвижно крепится корпус тормоза 8. В корпусе тормоза расположен пакет дисков 9 и 10, представляющий собой набор биметаллических и металлокерамических колец с высоким коэффициентом трения.
   Часть дисков (диски 9) своими выступами на внутренней поверхности кольца входит в пазы корпуса тормоза 8, проточенные вдоль оси вращения колеса. Таким образом, диски 9 могут перемещаться вдоль оси 6, но не могут вращаться относительно нее.
   Другая часть дисков (диски 10, размещенные между дисками 9) не связана с корпусом тормоза 8. При установке барабана колеса 2 на ось корпус тормоза 8 вместе с пакетом дисков 9 и 10 свободно входит во внутреннюю кольцевую камеру барабана. При этом диски 10 своими выступами на внешней поверхности кольца входят в продольные пазы, проточенные на поверхности кольцевой камеры барабана 2.
   При вращении колеса диски 10 вращаются вместе с барабаном 2 в зазорах между неподвижными дисками 9 тормоза, не касаясь их.
   Если подать под давлением газ (или жидкость) в силовой цилиндр 11, неподвижно закрепленный на корпусе тормоза 8, то поршень 12, выбрав зазоры между дисками 9 и 10, прижмет их друг к другу. За счет сил трения между неподвижными дисками 9 и вращающимися вместе с колесом дисками 10 будет происходить торможение с выделением тепла.
   Обычно на самолете тормозные колеса устанавливают на основных, а нетормозные колеса - на вспомогательных опорах шасси.

Рис. 13.2. Разворот самолета при рулежке

   Рулежка (маневрирование) самолета, движущегося по аэродрому за счет силы тяги двигателя, осуществляется раздельным торможением и растормаживанием колес основных стоек шасси. "Дача ноги" обеспечивает поворот руля направления и торможение колеса соответствующей основной стойки шасси. При рулежке (рис. 13.2) разворот самолета происходит относительно центра контактной площадки с ВПП заторможенного колеса 1. Вектор скорости V_о поступательного движения колеса 2 другой основной стойки перпендикулярен радиусу поворота R, поэтому колесо 2 движется без юза.
   Юз - явление, при котором колесо не вращается, несмотря на его поступательное движение.
   Чтобы колесо 3 передней стойки при рулежке двигалось без юза, необходимо обеспечить его самоориентацию или принудительную ориентацию вдоль вектора скорости V_н его поступательного движения.
   Юз может возникнуть на колесе одной из основных опор шасси при торможении в процессе движения самолета, особенно по скользкой (заснеженной или покрытой водой) ВПП.
   Вследствие юза возможен непреднамеренный разворот и сход самолета с ВПП или рулежной дорожки. Кроме того, резко уменьшается срок службы шин, возможно их полное разрушение в процессе движения по земле со всеми вытекающими из этого последствиями.
   Для эффективного и безопасного торможения необходимо выдерживать постоянство и предельно возможную силу сцепления шины с поверхностью ВПП при любом ее состоянии и скорости движения самолета.
   Из-за быстротечности процесса посадки и высоких скоростей движения по ВПП и рулежным дорожкам летчик не в состоянии обеспечить эти условия. Поэтому на современных самолетах в систему управления тормозами включается тормозной автомат (антиюзовая автоматика), реагирующий на проскальзывание колеса (начало юза) и уменьшающий тормозной момент (растормаживающий колесо). После того как угловая скорость расторможенного колеса увеличится, сигнал на растормаживание снимается и начинается процесс нарастания тормозного момента колеса.
   Таким образом обеспечивается эффективное и безопасное управляемое движение самолета на земле.