АМОРТИЗАТОРЫ ШАССИ

Назначение амортизации и требования, предъявляемые к ней
Амортизация шасси предназначена для поглощения ударов при посадке самолета и при встрече с неровностями почвы во время движения по земле. В момент соприкосновения с землей, учитывающая изменение кинетической и потенциальной энергии его. Работа, которую должна воспринять амортизационная система (амортизаторы и пневматики), называется нормируемой и вычисляется отдельно для главных ног шасси и для передней (задней) ноги. Амортизатор шасси должен отвечать следующим основным требованиям:
1. Воспринимать при прямом ходе (обжатии) энергию (работу) удара, что обеспечивается соответствующим ходом и усилием амортизатора.
2. Воспринимать работу так, чтобы усилия в амортизаторе нарастали непрерывно и плавно, достигая наибольшей величины в конце прямого хода (обжатия).
3. Быстро возвращаться в исходное положение после удара, чтобы иметь возможность воспринять следующий удар; прямой и обратный ходы должны совершаться менее чем за 0,8 сек.
4. Для смягчения обратных ударов большая часть воспринятой стойкой работы должна превращаться в тепло и рассеиваться.
Если поглощенная амортизатором работа будет аккумулироваться в амортизаторе (в виде энергии давления), то по окончании обжатия амортизатора эта энергия возвратится, разжимая амортизатор с большой силой, что приведет к сильному обратному удару ноги о землю и «козлению» (прыжкам) самолета. Превращенная в тепло работа, т. е. разность между воспринятой и возвращенной амортизатором работой, называется работой гистерезиса, которая, следовательно, должна быть возможно большей.
5. Амортизирующие свойства амортизатора не должны меняться с изменением температуры.
6. Обеспечивать герметичность уплотнений, простоту подготовки к полету и обслуживания.
Амортизатор представляет собой конструкцию, которая под действием внешних сил упруго сокращается, поглощая яри этом энергию удара. Сокращение длины ноги шасси достигается применением Деформируемых материалов или устройств. В качестве амортизирующих материалов и устройств используется резина в виде шнуров или пластин (резиновые амортизаторы) и вязкая жидкость в сочетании с воздухом или азотом. Последние амортизаторы называются жидкостно-газовыми. Применение азота (или другого инертного газа) обеспечивает невоспламеняемость жидкости и сохраняет от коррозии стенки амортизатора. Резина при работе на растяжение и сжатие является хорошим амортизирующим материалом. Резиновая амортизация применяется иногда на легких самолетах и бывает двух видов: шнуровая и пластинчатая. Общим недостатком такой амортизации является малая величина работы гистерезиса, а также изменение амортизирующих свойств резины при низких температурах.
Работа жидкостно-газовых амортизаторов
Наибольшее распространение в настоящее время получила жидкостно-газовая амортизация, в которой используется сопротивление, возникающее при протекании жидкости через малые (расчетные) отверстия в газовую камеру. Рассмотрим схему и работу жидкостно-газового амортизатора. Амортизатор состоит из цилиндра и штока. Цилиндр прикреплен к узлу самолета, а на штоке укреплено колесо. Шток имеет в цилиндре две опоры: верхнюю буксу и нижнюю опору. В цилиндре жестко закреплен плунжер, который может быть профилирован по наружному контуру или иметь постоянное сечение. В донышке плунжера имеется малое отверстие. На шток насажен кольцевой клапан, называемый клапаном торможения обратного хода- Полость А цилиндра заполнена воздухом или азотом под давлением 30-60 ат, полости В и С заполнены жидкостью — спирто-глицериновой смесью (примерно 70% глицерина и 30% спирта), обладающей большой вязкостью и морозостойкостью. Между штоком и плунжером образуется кольцевая щель для протока жидкости. Для устранения утечки жидкости из цилиндра ставят уплотнения. При ударе колеса о землю шток движется вверх. Газ в цилиндре сжимается, на что затрачивается работа, которая аккумулируется газом. Это обеспечивает возвращение штока в начальное положение. Жидкость является практически несжимаемой и при ударе вытесняется из полости В через расчетные отверстия — кольцевую щель между плунжером и штоком и отверстие — в цилиндр, откуда свободно проходит через ряд больших отверстий в верхней буксе, отжимает давлением газа клапан торможения обратного хода вниз до упора и, минуя клапан, заполняет кольцевую полость С (пространство за поршнем). На вытеснение жидкости из полости В в цилиндр затрачивается механическая работа, которая не накапливается в стойке, а переходит в тепловую энергию и полностью рассеивается. При обратном ходе шток под давлением газа движется вниз, а жидкость из кольцевой полости С начинает перетекать в газовую полость А. При этом давлением жидкости в полости клапан прижимается к верхней буксе и перекрывает все отверстия прямого хода (большие отверстия), оставляя для протока только малые отверстия, имеющиеся в самом клапане. Протекание жидкости через эти отверстия происходит с большим торможением; в результате этого стойка разжимается медленнее, что уменьшает обратный удар. Из полости А в полость В под давлением сжатого газа жидкость перетекает через отверстия протока прямого хода (кольцевую щель и отверстие). Таким образом, газ обеспечивает упругость стойки, а жидкость — рассеивание энергии (гистерезис). Применяемая в амортизаторах «начальная затяжка», т. е. создание начального усилия в амортизаторе, с которого он начнет обжиматься, повышает коэффициент полноты диаграммы там, чем уменьшается ход амортизатора, необходимый для поглощения работы. Усилие начальной затяжки делается обычно несколько меньше стояночного усилия амортизатора, чтобы на стоянке амортизатор был обжат на небольшую величину. На характер кривой обжатия весьма сильное влияние оказывает величина площади проходных отверстий. В современных амортизаторах она составляет 2-5% площади штока амортизатора. Поглощенная амортизатором работа, а также работа гистерезиса возрастет, что является положительным фактором. При грубой посадке увеличение скорости штока в начале его хода вызовет увеличение Рш и появление пиков нагрузки. Время прямого и обратного ходов амортизатора возрастет. Амортизатор получится более мягким, с плавным нарастанием усилий по ходу штока, однако поглощенная им работа и работа гистерезиса уменьшится. Для получения достаточно эластичного амортизатора и обеспечения необходимого гистерезиса в большинстве современных амортизаторов применяют клапаны торможения обратного хода. Амортизаторы с таким клапаном называют амортизаторами с торможением на обратном ходе. Этим обеспечивается плавное нарастание усилий на прямом ходе без уменьшения работы гистерезиса. Так как кривая обжатия амортизатора в этом случае более полога (вследствие меньшего сопротивления жидкости), то для сохранения работы Лам требуется увеличение хода амортизатора. Жидкостно-газовые амортизаторы подразделяются на амортизаторы с постоянным по ходу поршня сечением для прохода жидкости — с постоянным отверстием и с переменным по ходу поршня сечением для прохода жидкости — с переменным отверстием. Здесь имеется в виду изменение отверстия вдоль хода штока (а не при переходе от прямого хода к обратному). При постоянном по ходу отверстии для протока жидкости на прямом ходе кривая обжатия амортизатора имеет вполне определенный для стойки вид, обусловленный скоростью протекания жидкости. В большинстве случаев выгодно задаться определенным характером протекания кривой обжатия амортизатора, обеспечивая, например, более пологую кривую обжатия (меньшую жесткость) при малых нагрузках, что достигается изменением сечения для протока жидкости по ходу поршня.
Конструкция амортизаторов
Нижнее уплотнение представляет собой фетровый сальник, верхнее — кожаные манжеты и распорные дуралюминовые кольца. Все детали, кроме букс и уплотнений, сделаны из легированной стали; буксы бронзовые. При обжатии амортизатора жидкость перетекает в полость над донышком плунжера через вырезы в гильзе, ширина которых переменна, а также через отверстия в донышке (клапан при этом приподнят) и через центральное отверстие в плунжере. При обратном ходе площадь прохода смеси уменьшается вследствие перекрытия отверстий в донышке плунжера клапаном. Заливка смеси производится через отверстие под зарядный штуцер. Зарядка сжатым воздухом производится через тот же зарядный штуцер после заливки смеси. В последние годы начали применяться жидкостные амортизаторы. В таких амортизаторах упругим телом является жидкость, работающая под достаточно большими давлениями [(2000-3000 кГ/см2) (200—300 Мн/м2) и выше]. В этом случае жидкость изменяет свой первоначальный объем на 15—20%. Герметически закрытый цилиндр с толстыми стенками наполнен силиконовой жидкостью. В цилиндр входит поршень, имеющий две серии небольших отверстий. К поршню прикреплен шток, который у основания цилиндра проходит через сальник высокого давления. Под действием нагрузки шток поршня входит в цилиндр и сжимает жидкость. Энергия удара при прямом ходе поршня поглощается сжатием жидкости и сопротивлением при перетекании ее из одной камеры в другую через отверстия при открытом шариковом клапане в отверстии. Обратный ход поршня происходит под действием расширения жидкости. При обратном ходе поршня отверстия с шариковыми клапанами закрываются и жидкость перетекает из полости под поршнем в полость над поршнем только через серию отверстии, чем достигается торможение на обратном ходе. Конструкция жидкостного амортизатора проста и имеет малые габариты. Однако ввиду сложности уплотнения эти амортизаторы пока имеют малое распространение.

АВИАЦИОННЫЕ КОЛЕСА

Авиационное колесо является частью шасси самолета. В настоящее время применяются нетормозные (хвостовые и передние) колеса и тормозные (главные) колеса. Нетормозные колеса представляют собой упрошенную конструкцию главных колес (без тормозов и тормозных рубашек).
Тормозные колеса
Главные колеса, как правило, тормозные; это позволяет примерно наполовину сократить длину пробега самолета после приземления, а также улучшить его маневренность на земле. К тормозам предъявляются следующие основные требования:
1. Одновременное и одинаковое по силе воздействие тормозов на оба колеса (иначе самолет будет заворачивать при торможении).
2. Плавность действия тормозов, т. е. постепенное возрастание силы трения.
3. Обеспечение быстрого включения и выключения тормозов (полное торможение должно наступать примерно через 2 сек, а полное растормаживание — через 1,5 сек).
4. Обеспечение возможности торможения каждого главного колеса в отдельности.
5. Чистота поверхностей тормозов.
6. Минимальный нагрев и износ трущихся поверхностен.
7. Автоматическое регулирование силы торможения, чтоб исключить проскальзывание пневматика («юз») по поверхности аэродрома.
Тормоза самолетных колес делаются колодочные, камерные и дисковые. Основной частью колодочного тормоза служат две (или несколько) колодок . Колодки, имеющие обычно тавровое сечение, отливают из легкого сплава. Внешние поверхности колодок, соприкасающиеся с тормозной рубашкой, которая вращается вместе с колесом, облицовывают материалом, имеющим высокий коэффициент трения (ретинакс, феродо, металлокерамика). Одну из колодок крепят анкерным болтом (шарниром) к кронштейну (или чашке), который через фланец, называемый тормозным, скреплен с осью колеса. Ось колеса неподвижно соединена со стойкой. Прицепная (левая) колодка шарниром 6 крепится к правой колодке. Действием различного рода передач на свободном конце прицепной левой колодки создается при торможении сила , называемая распором. Под давлением распора колодка прижимается к вращающейся с колесом тормозной рубашке, вызывая силы трения, тормозящие колесо. После растормаживания (устранения распора) колодка оттягивается от колеса пружиной На основную колодку действует сила, возникающая вследствие трения прицепной колодки о тормозную рубашку и значительно превышающая силу. Колодочные тормоза создают большой тормозной момент, но отличаются неравномерным износом и применяются редко. Обод колеса со ступицей вращается на роликовых подшипниках на оси (полуоси. Пневматнк монтируется на ободе при помощи съемной реборды. В обод впрессованы стальные тормозные рубашки. Тормозные колодки 6 размещены на тормозном диске; между ними и диском проложена резиновая камера. Диск соединен болтами с тормозным фланцем, неподвижно скрепленным с осью. Колодки представляют собой пластины, связанные между собой пружинками и соединенные при помощи зубьев с диском таким образом, что они не могут проворачиваться относительно него. При подаче давления в камеру колодки перемещаются в радиальном направлении и прижимаются к рубашке, тормозя вращение колеса. Пружинки обеспечивают растормаживание колеса, т. е. отвод колодок от рубашки. Камерные тормоза отличаются простотой изготовления и эксплуатации, малым весом и плавной работой, без заклинивания. К недостаткам камерных тормозов относятся: замедленность действия, большой расход воздуха и потеря камерой упругих свойств при низких температурах. Дисковые тормоза действуют по принципу фрикционной пластинчатой муфты сцепления. На барабане колеса и корпусе тормоза посредством шлиц укреплены тормозные диски: вращающиеся вместе с колесом и неподвижные. Диски могут перемещаться по шлицам в направлении оси колеса. Жидкость через канал поступает к поршням и через нажимной диск прижимает вращающиеся диски к неподвижным. По устранении давления поршни 8 возвращаются в исходное положение пружинами. Дисковые тормоза компактны, создают большой тормозной момент, работают плавно, без заклинивания, и не требуют точной концентричности колеса и барабана. Недостатком дисковых тормозов является плохой отвод тепла, вследствие чего при непрерывном торможении возможен перегрев их. На современных тормозных колесах, чтобы избежать при торможении проскальзывания колеса относительно поверхности аэродрома сверх допустимой величины, применяется автоматическое регулирование тормозного момента. Если такое проскальзывание («юз») имеет место, то происходит резкое замедление вращения колеса, связанной с ним шестерни и шестерни инерционного датчика. В результате этого сигнал, поступающий от датчика на электромагнитный агрегат, сбросит давление и колесо растормозится, т. е. начнет свободно вращаться.
Пневматики авиаколес
Авиационные пневматики состоят из камеры и покрышки. Камеры изготовляются из высококачественной резины, а покрышки — из нескольких слоев резины и крепкой ткани. На современных самолетах применяются пневматики: а — высокого давления (8-15 ат), б — среднего давления (5-8 ат) —полубаллоны и в — низкого давления (3-5 ат), называемые баллонами. Колеса с пневматиками высокого давления имеют относительно небольшую ширину и поэтому стойку с таким колесом проще убрать в крыло. Они дают малое обжатие при ударе, обладают меньшей способностью поглощать работу по сравнению с другими типами пневматиков и ввиду малой «лошади соприкосновения с грунтом и большого удельного давления имеют плохую проходимость на мягких грунтах. Поэтому колеса с пневматиками высокого давления применяются для самолетов, требующих по конструктивным соображениям применения узкого колеса и осуществляющих взлет и посадку с благоустроенных аэродромов с твердым покрытием взлетно-посадочной площадки. Широкое применение находят пневматики-полубаллоны, имеющие значительно большую ширину, чем пневматики высокого давления. Они дают значительное обжатие при ударе о землю, имеют небольшое удельное давление на грунт и обладают большей способностью поглощать работу. Применяются они для пассажирских и учебных самолетов. Баллонные пневматики имеют еще большую ширину и способны поглощать значительную часть работы удара при посадке. Малое удельное давление на грунт исключает возможность вдавливания баллонов в землю. К недостаткам баллонных колес следует отнести трудность уборки колес в крыло из-за их большой ширины. Колеса выбирают по каталогам в зависимости от стояночного усилия на колесо. В каталогах приведены также диаграммы по работе, поглощаемой пневматикой, максимально допустимые нагрузки на пневматик, давление в пневматике и прочие данные. Для передвижения самолетов по снежным аэродромам иногда в целях повышения проходимости колеса заменяют лыжами. Опорные площадки лыж определяются из условий допустимых удельных нагрузок на поверхность около 1200 кГ/м2.

КОНСТРУКЦИЯ И УБОРКА ПЕРЕДНИХ НОГ ШАССИ

Нога убирается в специальную гондолу на крыле, назад по хорде. Штоки цилиндров-подъемников, снабженные шариковыми замками, перемещаясь влево, поворачивают раму подвески относительно оси «О». Вследствие неизменности длины подкоса стойка поворачивается относительно оси О, крепления стойки к раме назад. Одновременно система тяг поворачивает двуплечий рычаг и через стабилизирующий амортизатор поворачивает тележку относительно оси подвески тележки. В убранном положении нога фиксируется замком.

ЗАДНЯЯ НОГА ШАССИ. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПОРЫ

Передние ноги шасси
Передняя нога шасси располагается в плоскости симметрии самолета и крепится к конструкции передней части фюзеляжа. Отличительной особенностью передней йоги шасси является то, что переднее колесо выполняется ориентирующимся, т. е. может поворачиваться относительно оси стойки, что способствует улучшению устойчивости и управляемости самолета при движении его на земле. В связи с возможностью поворота колеса относительно оси стойки необходимо обеспечить устойчивое положение носового колеса относительно оси стойки, что достигается наличием плеча устойчивости. Устойчивость колеса сохраняется вследствие того, что при случайном повороте колеса на угол V и при направлении движения, указанном стрелкой, возникающая боковая сила стремится повернуть колесо относительно оси стойки в сторону уменьшения угла у. Передняя нога шасси имеет 1-2 колеса, крепящиеся непосредственно к штоку амортизатора или с помощью рычага (рычажная подвеска). В последнем случае, благодаря меньшим диаметрам передних колес сравнительно с главными колесами и меньшему потребному ходу амортизатора, удается разместить амортизатор внутри стойки, что увеличивает компактность стойки. Для улучшения управляемости при рулении самолета передние ноги шасси часто делают управляемыми. Для того чтобы при уборке передней ноги колесо находилось в среднем,. не повернутом относительно оси стойки положении, применяется центрирующее устройство. Конструкция, а также схемы уборки передней ноги шасси принципиально не отличаются от конструкции и схем уборки главных ног по хорде крыла. Передняя нога шасси убирается в фюзеляж назад или вперед. Для крепления передней ноги в передней части фюзеляжа часто располагают две мощных продольных балки, образующих одновременно «колодец» для уборки шасси Рассмотрим некоторые конструкции передних ног шасси. Амортизатор расположен внутри стойки и соединяется с рычагом с помощью серьги. Нижняя часть ноги совместно с рычагом центрирующего устройства и верхним хомутом свободно поворачивается (ориентируется) на некоторый угол в стойке. Последняя с помощью траверсы крепится к конструкции фюзеляжа. Поворот нижней части ноги через хомут и связанный с ним поводок сообщает поступательное движение цилиндру управления поворотом передней ноги, который является одновременно и демпфером «шимми». При этом вязкая жидкость вытесняется из одной полости цилиндра в другую через малые отверстия. При малых угловых скоростях поворота нижней части ноги — при рулежке — поступательная скорость цилиндра мала и гидравлическое сопротивление перетеканию жидкости невелико. При больших угловых скоростях поворота нижней части ноги — при колебаниях типа «шимми» — резко возрастает сопротивление жидкости (оно пропорционально квадрату скорости протекания жидкости через отверстия), колебания демпфируются. При управлении передней ногой шасси поворотом штурвала летчик воздействует на золотник распределительного устройства гидросистемы, который подает под давлением жидкость в цилиндр-демпфер. Движение цилиндра поворачивает нижнюю часть ноги с колесами и одновременно сообщается золотнику таким образом, что золотник возвращается в исходное относительно штурвала положение и подача жидкости н цилиндр прекращается. Это обеспечивает поворот колес вслед за движением штурвала — слежение. уборке ноги механизм распора складывается и поднимает подкос за его средний шарнир, создавая тем самым начальный «надлом» подкоса. Нога убирается назад по полету. Управление поворотом колес осуществляется посредством демпферов. На штоке амортизатора установлен кулачок, который входит в зацепление с кулачком, установленным в цилиндре, и тем самым обеспечивает установку колес в нейтральное положение, когда колесо отрывается от земли. При передвижении же по земле амортизатор обжат, кулачки разъединены и шток с колесами может поворачиваться. Уборка ноги производится вперед с помощью гидроцилиндр, поворачивающего ногу относительно оси крепления ее к фюзеляжу. В выпущенном и убранном положении нога запирается замком. Конструкция ферменно-балочной передней ноги шасси самолета с непосредственным креплением оси колес к штоку амортизатора. Уборка и выпуск доги осуществляется с помощью подъемника , цилиндр которого прикреплен к верхнему рычагу складывающегося подкоса, а шток к рычагу траверсы стойки.
Задняя нога шасси — установка хвостового колеса
Конструкция установки хвостового колеса для обеспечения маневренности при рулежке должна допускать ориентировку колеса при разворотах самолета на земле, а для повышения устойчивости самолета при взлете и посадке (во избежание «рыскания») ориентирующееся хвостовое колесо должно фиксироваться в Нейтральном положении. Для этого применяются стопорные устройства, исключающие возможность поворота хвостового колеса при стопорении Хвостовые колеса, как правило, убираются назад в хвостовую часть фюзеляжа.Стопорение колеса осуществлено замком, расположенным в узле.
Дополнительные опоры
К ним мы отнесем подкрыльные ноги шасси у самолетов, имеющих велосипедную схему шасси, и предохранительные хвостовые опоры у самолетов, имеющих шасси с передним колесом Подкрыльные ноги убираются в гондолу или в крыло, обычно имеют телескопическую стойку с непосредственным креплением колеса к штоку и балочную консольную конструктивную схему. Элементы конструкции подкрыльной ноги принципиально не отличаются от описанных выше. При посадке, а иногда и взлете самолет с носовым колесом может коснуться хвостом земли. Для предохранения хвостовой части фюзеляжа устанавливают специальные хвостовые опоры.