13.3. Конструктивные схемы амортизационных стоек шасси

   Конструктивно амортизатор является связующим звеном между опорой (например, колесом) и конструкцией планера самолета.

Рис. 13.8. Амортизированная стойка телескопической схемы

    В амортизационной стойке телескопической схемы (рис. 13.8) колесо 1 вращается на оси 2, закрепленной на штоке 3 амортизатора 4 непосредственно (рис. 13.8,а), с помощью полувилки 5 (рис. 13.8,б), или с помощью вилки 6 (рис. 13.8,в). Стрелкой с индексом н. д. показано направление движения самолета по земле.
   В амортизационной стойке телескопической схемы должны быть приняты специальные конструктивные меры для предотвращения разворота колеса под действием сил, возникающих на контактной площадке 7 колеса при движении самолета.
    Так, сила Т трения колеса о поверхность ВПП (рис. 13.8,а) вызовет разворот колеса, поскольку шток 3 может свободно поворачиваться в цилиндре амортизатора 4 относительно оси а-а.
   Даже при симметричной установке (рис. 13.8,б,в) колеса или колесной тележки относительно оси а-а нет гарантии, что при движении по неровной поверхности ВПП сила T будет проходить точно через центр контактной площадки 7. Точно так же и горизонтальные боковые силы R

Рис. 13.9. Плечо устойчивости и самоориентация колеса

в плоскости контактной площадки, возникающие при рулежке самолета или при посадке со сносом или с креном, могут вызвать непреднамеренный разворот колеса относительно оси а-а амортстойки.
   Вынос оси вращения колеса (рис. 13.9) относительно оси стойки назад по направлению движения (н. д.) на определенное расстояние l (так называемое плечо устойчивости) исключает непреднамеренный разворот колеса. Начавшийся случайный (например, под действием боковых сил) разворот колеса на угол φ относительно н. д. парируется силами трения T, восстанавливающий момент которых M = Ta относительно оси стойки возвращает колесо в исходное положение по направлению движения. Так происходит самоориентация колеса.

Рис. 13.10. Шлиц-шарнир

    Если самоориентации колеса не требуется, можно удержать колесо от непреднамеренного разворота за счет шлицевого соединения штока с корпусом амортизатора (шлиц-шарнира), показанного на рис. 13.10. Шлицы, образованные на штоке 1 и в отверстии нижней буксы 2 амортизатора, допускают обжатие амортизатора, но препятствуют развороту колеса моментом внешних сил M.
   Можно также удержать колесо от непреднамеренного разворота и передать на конструкцию планера самолета момент, стремящийся развернуть колесо, при помощи двухзвенника (рис. 13.11).

Рис. 13.11. К объяснению принципа работы двухзвенника

   Верхнее звено 3 двухзвенника при помощи болта 2 соединено с корпусом амортизатора 1 подвижным соединением, допускающим поворот звена 3 относительно оси а-а. Нижнее звено 6 аналогично соединено болтом 7 с законцовкой 8 штока 4, что допускает поворот звена 6 относительно оси в-в.
   Болт 5, соединяющий между собой звенья 3 и 6 двухзвенника, допускает их взаимный поворот относительно оси б-б.
   Двухзвенник не препятствует обжатию амортизатора, и в то же время момент M, стремящийся развернуть колесо, передается через звенья 3 и 6 с законцовки 8 штока на корпус амортизатора 1, поскольку болт 5 не допускает перемещения звеньев 3 и 6 вдоль оси б-б.
   Верхняя, развитая в поперечном относительно оси стойки направлении часть стойки, называемая траверсой (от лат. transversus - поперечный), служит для крепления стойки к конструкции планера самолета и для передачи на конструкцию внешних нагрузок.

Рис. 13.12. Уравновешивание и деформации амортстойки под нагрузкой

   Траверса 1 (рис. 13.12,а) своими законцовками - цапфами 2 опирается на подшипники, закрепленные на силовом шпангоуте 3. Внешняя нагрузка (реакция грунта ВПП) F, приложенная к колесу в контактной площадке, через траверсу 1 передается на конструкцию планера самолета как на опору. В этой схеме стойки шасси гидроцилиндр уборки-выпуска (подъемник) 4 также участвует в передаче на опору внешней нагрузки.
   Рассматривая стойку шасси как Т-образную раму (рис. 13.12,б), отметим, что вертикальная составляющая P внешней нагрузки F изгибает траверсу в вертикальной плоскости 0YZ.
   Лобовая составляющая T (рис. 13.12,в) изгибает стойку в плоскости 0XY, а траверсу - в плоскости 0XZ, причем цилиндр уборки-выпуска нагружается сжатием, препятствуя повороту стойки в цапфах.
   Боковая составляющая R (рис. 13.12,г) изгибает стойку и траверсу в плоскости 0YZ.

Рис. 13.13. Подкосы в конструкции амортстойки

   Для увеличения жесткости стойки (уменьшения изгибных деформаций) в конструкцию стойки вводят подкосы (рис. 13.13) - систему стержней, которые, являясь дополнительными опорами для стойки, уменьшают действующие в ней изгибающие моменты (разгружают стойку).
   Боковые подкосы 2, работая на растяжение-сжатие, уменьшают изгиб стойки 1 и траверсы 3 боковыми силами в плоскости 0YZ.
   Передний складывающийся ("ломающийся") подкос 4, работая на растяжение, разгружает стойку и цилиндр уборки-выпуска 5 от действия лобовой силы, стремящейся изогнуть стойку в плоскости 0XY.

Рис. 13.14. Изгиб штока амортизатора

   В амортизационной стойке телескопической схемы (рис. 13.14) шток 3 амортизатора под действием поперечных нагрузок (лобовой и боковой сил) так же, как и корпус 1 амортизатора, изгибается. Шток силой R_б прижимается к нижней буксе 4, неподвижно закрепленной в корпусе 1 амортизатора. Верхняя букса 2 (поршень штока) прижимается силой R_п к внутренней стенке цилиндра. Изгиб штока увеличивает силы трения в буксах и несимметрично нагружает уплотнительную манжету 5, что приводит к быстрому износу уплотнения и ограничивает значение давления зарядки амортизатора.
   Кроме того, телескопические амортизационные стойки не амортизируют лобовые удары, что позволяет применять их только на самолетах, базирующихся на хорошо подготовленных ВПП.
   Необходимость базирования самолета на элементарно подготовленных ВПП и, как следствие, необходимость обеспечить перекатывание колеса через неровности ВПП привела к созданию амортизационных стоек, способных амортизировать лобовые нагрузки, - стоек рычажного типа.

Рис. 13.15. Рычажная стойка с вынесенным амортизатором

   Рычажная стойка с вынесенным амортизатором (рис. 13.15) представляет собой пустотелую силовую балку (стойку) 6, закрепленную на конструкции планера самолета траверсой 1 и цилиндром уборки-выпуска стойки 7.
   Рычаг 4 при помощи болта присоединяется к разнесенным проушинам 5 (моментному узлу) в нижней части стойки 6 подвижным соединением, допускающим поворот рычага относительно оси в-в.
   Амортизатор 2, вынесенный за пределы стойки, присоединяется к стойке подвижным болтовым соединением, допускающим поворот относительно оси а-а, а к рычагу 4 - подвижным болтовым соединением, допускающим поворот штока 3 относительно оси б-б.
   Вертикальная P и лобовая T силы, действующие на колесо, поворачивают рычаг 4 относительно оси в-в, сжимая амортизатор. Таким образом обеспечивается амортизация не только вертикальных, но и лобовых нагрузок. Часть лобовой нагрузки, не воспринятая амортизатором, через рычаг 4 передается на стойку 6, нагружая ее изгибом.
   Боковая сила не приходит на амортизатор, а передается через разнесенные проушины рычага 4 на разнесенные проушины 5 в нижней части стойки 6, нагружая ее кручением.

Сравните закрепление рычага на стойке с закреплением верхнего звена двухзвенника на стойке телескопического типа (см. рис. 13.11).

   Амортизатор присоединяется к стойке (рис. 13.16) и рычагу при помощи карданных узлов, или карданов (по имени итальянского математика, философа и врача Д. Кардано, предложившего подвес - прообраз карданного механизма (карданов подвес)).
   Сухарик (или крестовина кардана) 3 связывает подвижным соединением при помощи болтов 2 и 4 с взаимно перпендикулярными (перекрещенными) осями вилку (двойную проушину) стойки 1 с вилкой корпуса амортизатора 5.

Рис. 13.16. Карданный угол

   За счет самоориентации крестовин 3 кардана относительно осей а-а и б-б обеспечивается нагружение амортизатора строго вдоль его оси при всех возможных деформациях рычага и стойки. Аналогично при помощи кардана в рычажной стойке с вынесенным амортизатором (см. рис. 13.15) шток амортизатора 3 соединен с рычагом 4. Это обеспечивает лучшие условия для работы уплотнений амортизатора, так как шток не прижимается к буксам амортизатора, что позволяет увеличить значение давления зарядки и уменьшить габариты амортизатора.
   Однако габариты рычажной стойки с вынесенным амортизатором больше габаритов телескопической стойки. Необходимость иметь более компактную стойку привела к созданию рычажных стоек с встроенными амортизаторами.
   Рычажная стойка с встроенным амортизатором (рис. 13.17) состоит из корпуса (цилиндра) 3 стойки, закрепленной при помощи траверсы 1 и подъемника 2 на конструкции планера самолета.
   Внутренняя полость корпуса 3 является амортизатором, к штоку 5 которого через серьгу (шатун) 6 присоединяется рычаг 7, на котором установлены колеса.

Рис. 13.17. Рычажная стойка с встроенным амортизатором

   Другой конец рычага при помощи болта подвижным соединением крепится к неподвижному клыку ("рогу") 4 цилиндра стойки.
   Вертикальная P и лобовая T силы, действующие на колеса, поворачивают рычаг 7 относительно оси а-а, сжимая амортизатор и обеспечивая амортизацию этих нагрузок.
   Серьга 6 (как промежуточное звено), соединенная с рычагом 7 и штоком 5 карданными узлами, позволяет обеспечить движение штока практически без изгиба. Горизонтальная составляющая T почти полностью передается через рычаг 7 и клык 4 на корпус 3, нагружая его изгибом. Боковые нагрузки также через рычаг 7 и клык 4 передаются на корпус 3, нагружая его кручением.
   Стойка, схема которой показана на рис. 13.18, получила название полурычажной стойки с встроенным амортизатором.
   Здесь рычаг 4, на одном конце которого установлено колесо, крепится подвижным соединением к штоку 2 встроенного амортизатора без промежуточного звена.

Рис. 13.18. Полурычажная стойка с встроенным амортизатором

   Другой конец рычага 4 крепится к корпусу 1 через подвижное промежуточное звено - серьгу 3.
   Выбор размеров серьги и плеч рычага позволяет в значительной мере разгрузить шток амортизатора от изгиба лобовыми силами.
   Для предотвращения шимми (см. раздел 8.2) на стойках устанавливают гидравлический демпфер, принцип работы которого рассмотрен ранее.
   Корпус 3 демпфера шимми (рис. 13.19) своими цапфами 2 закреплен на цилиндре 1 амортизационной стойки таким образом, что обеспечивается возможность его поворота относительно оси а-а, параллельной оси цилиндра 1 амортстойки.
   Клык 8 рычажной стойки с встроенным амортизатором (или верхнее звено двухзвенника стойки телескопической схемы, или серьга полурычажной стойки) крепится к поворотному хомуту (стакану) 7, свободно посаженному на цилиндр, что обеспечивает свободный поворот (самоориентацию) колес.
   Шток 4 демпфера шимми через шкворень 5 связан с вилкой 6, закрепленной на поворотном хомуте 7.
   Поворот колес (и, следовательно, поворот хомута) относительно оси цилиндра амортизатора вызовет движение штока 4 внутри корпуса 3 демпфера и рассеивание энергии, вызывающей колебания.

Рис. 13.19. Установка дампфера шимми на рычажной стойке с встроенным амортизатором

   Демпфер гасит только высокочастотные колебания (повороты колеса относительно оси стойки с большой угловой скоростью) и, следовательно, препятствует возникновению шимми.
   При относительно небольшой скорости поворота колес во время рулежки демпфер не препятствует их самоориентации.
   Увеличение потребной скорости рулежки требует быстрого разворота колеса и, следовательно, принудительной ориентации колес. Для этого также может быть использован механизм, рассмотренный выше. В этом случае по команде летчика (например, через педали) рабочая жидкость под давлением подается в соответствующую полость (при этом другая полость соединяется со сливом) демпфера, который выполняет роль силового гидроцилиндра для управляемого поворота (принудительной ориентации) колес.
   Конструкция современных амортизационных стоек позволяет обеспечить надежную эксплуатацию самолетов даже при их базировании на элементарно подготовленных взлетно-посадочных полосах.