Конструкция шасси. Опорные элементы

Конструктивно-силовые схемы опор шасси по способу восприятия действующих нагрузок можно классифицировать как ферменные, балочные и ферменно-балочные (рис. 2.8.16).

Опоры ферменной конструктивно-силовой схемы используются, как правило, для неубираемых стоек шасси (например, у самолетов УТ-2, АН-2). Силовые элементы опор шасси ферменной конструкции работают на растяжение или сжатие, при этом материал используется более рационально, чем при работе на изгиб. Наряду с этим ферменные конструкции имеют существенные недостатки, главный из которых — громоздкость, обусловившие их крайне ограниченное применение на современных самолетах.

Рис. 2.8.16. Конструктивно-силовые схемы опор шасси: а — ферменная; б — балочная (основные стойки — рессоры); в — ферменно-балочная

Типовой конструкцией ферменной опоры шасси является пирамидальное шасси (рис. 2.8.16, в). Стержни опоры шасси образуют пирамиду. Каждое колесо с помощью трех стержней крепится, как правило, к крылу и фюзеляжу. В один из стержней включен амортизатор, при обжатии которого колесо поворачивается вокруг оси параллельной продольной оси самолета.

Опоры балочной конструктивно-силовой схемы состоят из балки, воспринимающей внешние нагрузки. При этом в сечениях балки возникают все виды внутренних силовых факторов (осевые и перерезывающие силы, изгибающие и крутящий моменты). Амортизационная стойка (рис. 2.8.16, 6) представляет собой либо консольную моментно закрепленную балку (если шасси неубираемое), либо балку на двух опорах в плоскости уборки и моментной заделкой в другой (перпендикулярной) плоскости.

Опоры ферменно-балочной конструктивно-силовой схемы шасси состоят из балки и подкрепляющих ее раскосов и подкосов, которые, работая на осевые силы, позволяют существенно снизить возникающие в балке изгибающие моменты (рис. 2.8.16, в).

Такое шасси, имея габаритные размеры не намного превышающие размеры балочной схемы, позволяет спроектировать конструкцию меньшей массы, что и обусловило его широкое применение на современных самолетах. Конструктивное выполнение шасси ферменно-балочной схемы очень разнообразное, что определяется расположением стоек и узлов их крепления, направлением и кинематикой уборки и т. п.

Опорные элементы. В зависимости от условий базирования самолетов применяются следующие типы опорных элементов: колеса (рис. 2.8.17, а); лыжи (рис. 2.8.17, 6); полозковое шасси для вертолетов; поплавки (рис. 2.8.17, д) или фюзеляж-лодки (рис. 2.8.17, е) для гидросамолетов; гусеницы (рис. 2.8.17, в); воздушные подушки, а также комбинированные колеса-лыжи (рис. 2.8.17, г); для амфибий — колеса в сочетании с поплавками или фюзеляж-лодкой (рис. 2.8.17, ж).

Рис. 2.8.17. Типы опорных элементов

Колесные опорные элементы шасси. Наиболее широко в качестве опорного элемента применяются колеса благодаря следующему:

- установке на ось колеса конических роликовых подшипников качения, снижающих сопротивление трения при разбеге, что позволяет существенно уменьшить длину разбега самолета при взлете;

- возможности использования эффективной тормозной системы, что позволяет значительно сократить длину пробега самолета при посадке;

- применению системы управления (поворотом носовых колес или осей тележек), что повышает маневренность самолета при движении по ВПП и РД;

- возможности варьирования довольно в широком диапазоне давлением накачки шин, что расширяет круг аэродромов возможного базирования самолетов; однако при этом остаются проблемы обеспечения проходимости самолета по ВПП с малой прочностью покрытия (грунтовые, снежные и др.);

- пневматике колес, являющихся частью амортизационной системы опоры шасси, воспринимающей до 15% нормируемой энергии при посадке.

На телескопических стойках с одним колесом его крепление располагается с выносом в бок (рис. 2.8.18, а) или в плоскости симметрии оси стойки (рис. 2.8.18, б, в). Колеса также могут располагаться с выносом назад или вперед (рис. 2.8.18, г). Стойки с выносом колеса в бок имеют меньшую строительную высоту, а следовательно, меньшие плечи действия сил Р_х и Р_г.

Рис. 2.8.18. Крепление колеса: а — боковое; б— в вилке; в — симметричное в полувилке; г — с выносом назад

Для уменьшения диаметра колес, устанавливаемых на стойку, и увеличения проходимости при значительных статических нагрузках применяются многоколесные опоры, с установкой которых повышается живучесть опор шасси, так как разрушение отдельного колеса не ведет к опасным последствиям, и уменьшается износ шин при раскрутке колес, поскольку колесо меньшего диаметра, имея меньший момент инерции, быстрее раскручивается.

Демпфирование колебаний многоколесной тележки (“галопирование”) при пробеге и фиксация ее положения в полете осуществляются дополнительным стабилизирующим амортизатором. Однако тележки несколько ухудшают маневренность самолета на земле, так как в этом случае для его разворота требуется больший момент, чем при рядном расположении колес. Тележка крепится к штоку амортизатора шарнирно, чтобы обеспечить равномерность нагружения задних и передних колес, а также облегчить переезд через неровности грунта.

Лыжные опорные элементы шасси в отличие от колес имеют существенно большие возможности по обеспечению низких давлений на поверхность ВПП за счет выбора размеров ее опорной поверхности, площадь которой определяется по давлению на поверхность ВПП.

Вариант установки лыжи представлен на рис. 2.8.19. Применение лыж целесообразно на самолетах, предназначенных для эксплуатации на грунтовых, снежных или ледовых аэродромах. Вследствие отсутствия у них амортизационных свойств перегрузки и нагрузки на узлы крепления опор с лыжами при посадке самолета на 10...20 % выше, чем при колесном шасси.

Рис. 2.8.19. Установка лыжи на стойке: 1 — лыжа; 2 — ось крепления лыжи на стойке; 3 — рычаг; 4 — дополнительный амортизатор для снижения нагрузки на стойку шасси от силы инерции подвижных частей стойки при посадочном ударе и при обжатии в процессе переезда неровностей ВПП; 5 — стабилизирующий амортизатор для установки лыжи в опоре

Сопротивление скольжения лыжи при движении самолета на разбеге выше сопротивления качения колеса, что требует более высокой тяговооруженности самолета. Кроме того, при посадке из-за отсутствия специальных средств торможения (в отличие от колес с тормозной системой) увеличивается дистанция пробега.

Для управления сопротивлением трения скольжения лыжи при разбеге под ее подошву впрыскивают жидкость, а для торможения лыжи используют костыли или “плуги”, устанавливаемые на ее хвостовой части и выводимые ниже поверхности специальным цилиндром. Недостатком такого решения является частичное разрушение поверхности ВПП.

Применение комбинированных опорных элементов обусловлено стремлением реализации на опоре преимуществ их различных типов при необходимости обеспечить базирование ЛА на аэродромах различного типа. Колеснолыжная опора — результат сочетания колеса и лыжи. На рис. 2.8.20 представлен вариант такой опоры с небольшой по размерам лыжей.

Рис. 2.8.20. Комбинированная колесно-лыжная опора: 1 — цилиндр амортизатора стойки; 2 — колесо; 3 — стабилизирующий амортизатор; 4 — лыжа; 5 — предохранительные тросы; 6 — двухзвенник

Движение по высокопрочному грунту при таком шасси осуществляется на колесах (лыжа в это время не касается поверхности ВПП и не мешает использованию преимуществ колеса). На слабом грунте при погружении колеса в грунт лыжа, соприкасаясь с поверхностью грунта, вместе с колесом уменьшает давление на грунт и повышает проходимость самолета.

Лыжа крепится к колесу посредством специального амортизатора, ход которого подбирается так, чтобы не допустить максимального обжатия колеса.

Другим примером колесно-лыжного шасси является шасси самолета Мессершмидт-163. Взлет самолета осуществляется на колесах, которые сбрасываются после взлета и подбираются аэродромной командой для их последующего использования. Посадка осуществляется на лыжи. Проще выполнить посадку на лыжу в случае повреждения ВПП в то время, когда самолет выполнял боевое задание. При меньшем коэффициенте трения колес на взлете уменьшается длина разбега. Недостатками колесно-лыжного шасси являются их большие сложность и масса конструкции.

Специфика базирования гидросамолетов (обеспечение требуемой плавучести) требует опорных герметичных элементов большого объема. Поэтому на самолетах относительно малой массы используется, как правило, система поплавков, а на самолетах большой массы фюзеляж выполняется в виде лодки — фюзеляж-лодка со вспомогательными поплавками на концах крыльев для устойчивого положения самолета при стоянке.