Дудник В.В. — Конструкция вертолетов — 2005
вертолета по земле (ξ = 2—3°) или загрузки через задний грузовой 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 вертолета; ξ — стояночный угол; θ — угол опрокидывания; a, b
— вынос колес; с — база шасси; В — колея шасси; ϕ— развал 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 используются ферменные, балочные, и рычажные схемы.
Ферменные стойки шасси имеют большие размеры, значительное аэродинамическое сопротивление и существенно
портят внешний вид вертолета. Ферменная пирамидальная силовая схема (рисунок 90а) состоит из трех стержней, которые шарнирно крепятся к силовым элементам нижней части фюзеляжа. Они воспринимают боковые и лобовые нагрузки от колеса. Кинетическая энергия вертолета при посадке воспринимается 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 величину, при которой возможен срыв протектора в процессе обжатия амортизатора при изменении колеи шасси. Шток амортизатора воспринимает только осевые силы, что создает благоприятные 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, нагружаемую в верхней части большим изгибающим моментом (рисунок 91а). Балочные амортстойки крепятся к планеру вер-
толета таким образом, чтобы воспринимались все виды нагрузки со стойки на каркас вертолета. Основным отличием балочного шасси, помимо его компактности, является нагружение штока амортизатора, воспринимающего не только осевую, но и продольную, и поперечную силу. Поэтому возможно появление большого усилия трения в буксах амортизаторов.
Для исключения поворота колеса относительно амортизационной стойки обычно устанавливается шлиц-шарнир. При отсутствии нагрузки на колесо угол между звеньями шлицшарнира должен быть меньше 150˚ для исключения заклинивания его при обжатии амортизатора.
При необходимости уменьшить высоту опоры шасси применяют рычажную установку колеса (рисунок 91б). Она позволяет значительно увеличить ход колеса при небольшом ходе амортизатора.
Рисунок 91. Схема балочного шасси (а) и рычажного с механизмом уборки (б).
7.3. Земной резонанс
У вертолета, находящегося на поверхности земли, по какой-либо причине лопасти могут повернуться на вертикальных шарнирах и занять положение, показанное на рисунке 92. Центр тяжести винта при этом не совпадет с
осью вала. Появится центробежная сила, которая при вращении 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 вертикального шарнира лопастями.
Колебания фюзеляжа на податливом шасси могут совпадать по частоте с колебаниями лопастей относительно вертикальных шарниров. Колебания могут интенсивно возрастать 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 шарнире, так и в амортизационной стойке. Установленный на вертикальном шарнире демпфер позволяет снижать колебания описанного типа. Весьма эффективным средством снижения земного резонанса является использование амортизаторов, эффективных на всех наземных режимах, или введение специальных демпферов поперечных колебаний вертолета. В це-
лом, каждый тип вертолета проходит проверку на возможность земного резонанса и отстройку собственных частот колебаний.
Колеса главных опор шасси обычно выполняются не ориентирующимися, с тормозами. Носовое (хвостовое) колесо обычно делается самоориентирующимся. В результате свободной 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, инерционных и упругих сил конструкции.
Рисунок 93. Вид колебаний типа шимми
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 вертолетах применяют полозковое шасси. Оно имеет простую конструкцию, меньшую массу и меньшее аэродинамическое сопротивление. К недостаткам полозкового шасси следует отнести невозможность посадки вертолета с пробегом и взлета с разбегом, а также маневрирования по земле. Амортизация в таком шасси происходит либо за счет изгиба подкосов, крепящих полозья к фюзеляжу, либо за счет дополнительных амортизаторов. Однако, одни подкосы обеспечивают низкие демпфирующие свойства.
При использовании полозков также необходима хвостовая опора. Для защиты от неровностей посадочных площадок и эрозии нижней поверхности полозьев к ним с помощью хомутов часто крепятся титановые накладки (рисунок 95а). Перемещение по земле производится с помощью колес на кривошипном механизме, прикрепляющихся к каждому полозу в районе центра масс летательного аппарата. Колесо устанавливают так, чтобы при повороте кривошипа оно опускалось ниже полоза (рисунок 95б). Большой рычаг позволяет одному человеку поднять вертолет на небольшую высоту, а несложный 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, обеспечивают поперечную устойчивость. Лодки и поплавки состоят из изолированных друг от друга герметичных отсеков, что необходимо для обеспечения плавучести и устойчивости при небольшом 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 пикирующего момента и рыскания при посадке на воду, и уменьшения гидравлического сопротивления при перемещении по воде опоры шасси убираются и выпускаются при посадке вертолета на сушу.
Для аварийной посадки вертолета на воду применяют резиновые баллоны, которые заполняются газом в момент касания водной поверхности. Аварийные баллоны обеспечивают надежную плавучесть и устойчивость на поверхности воды. В полете баллоны могут быть уложены, как во внутренние отсе-
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 вертолета по аэродрому, а также сложность уборки лыж.
В колесно-лыжном шасси одновременно используются преимущества колесного и лыжного шасси. Такое шасси образуется установкой рядом с колесом лыжной приставки (рисунок 96) или между колесами тележки небольшой подъемной лыжи. Колесно-лыжное шасси допускает эксплуатацию вертолетов на колесах (на площадке с твердым покрытием) или на лыжах (на площадке со снежным покрытием). Эти посадочные устройства находят широкое применение среди вертолетов горноспасательных служб, совершающих посадки, как на заснеженные вершины, так и на твердые аэродромы.
Рисунок 96. Конструктивная схема колесно-лыжного шас-
1 – стойка, 2 – колесо, 3 – гидроподъемник, 4 – лыжа, 5 – предохранительный трос, 6 – двухзвенник, 7 – стабилизатор.
7.6. Амортизация шасси
Амортизация шасси предназначена для поглощения кинетической энергии ударов при посадке, гашения колебаний при стоянке и перемещении по земле. В качестве поглотителя кинетической энергии используют амортизаторы и колеса. Для всех типов амортизаторов обязательно наличие упругого и демпфирующего элементов. Упругий элемент необходим для аккумулирования части воспринимаемой кинетической энергии, 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: резинопластинчатые, резино-шнуровые, жидкостно-газовые, пружинные, 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
сечения, растянутых до 150—200% начальной длины. Коэффициент потерь шнуров не превышает 0,18. Пластинчатые амортизаторы (буферы) набирают из резиновых пластин. Коэффициент потерь составляет 0,25—0,5 при сжатии на 25-50% свободной высоты. Буфер поглощает большую энергию, если пластины при сжатии имеют возможность свободно расширяться 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, температуры, смазывающих жидкостей и времени.
Жидкостно-газовые и пружинные амортизаторы являются основными типами амортизаторов, применяемых на вертолетах. В жидкостно-газовом амортизаторе в качестве упругого элемента используется сжатый газ.
Пример жидкостно-газового амортизатора показан на рисунке 97. Цилиндр крепится к конструкции вертолета, а на нижний конец штока передается усилие, действующее от колеса. 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 клапан обратного хода опускается и жидкость имеет возможность перемещаться со сравнительно небольшим гидравлическим сопротивлением. Вследствие увеличения объема занимаемого штоком, давление газа в верхней полости растет, увеличивается и сила, выталкивающая шток вниз. Достигнув какой-то величины, он начинает движение вниз. В этом случае клапан частично перекрывает отверстия в буксе, жидкость теперь перетекает вверх с большим гидравлическим сопротивлением. Гидравлические потери обеспечивает перевод части кинетической энергии в тепловую с дальнейшим рассеиванием ее в атмосфере.
Зависимость изменения усилий, действующих на амортизатор от величины его обжатия P = f(S), называется диаграм-
Почему у наших вертолетов установлены колеса, а у американских – полозья
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
Дело в том, что всему виной холодная война межу СССР и США. Иногда, пускай и редко, но вертолетам все-таки приходилось догонять противника двигаясь по земле! Наши советские конструкторы знали, что в Америке очень хорошо обстоят дела с дорогами, поэтому готовясь к Третьей мировой войне оснастили все вертолета колесами. Коварные американцы же знали, что с дорогами в СССР и России все мягко говоря «не очень хорошо», поэтому оснастили свои вертолеты полозьями, дабы те преследовали советских и русских как санки! И да, все это была шутка. А теперь серьезно .
На самом деле страна-производитель не имеет никакого отношения к тому, какой именно тип шасси выбран для летательного аппарата: полозья или колеса. Сегодня американцы вполне успешно делают большинство своих вертолетов с колесами. Чтобы убедиться, достаточно посмотреть на какой-нибудь «McDonnell Douglas AH-64 Apache» или воспетый кинематографом «Sikorsky UH-60 Black Hawk». В свою очередь вертолеты на полозьях иногда делают и у нас, например, какой-нибудь «Ансат». Выбирают шасси конструкторы строго из двух соображений: производство и условия эксплуатации.
Плюсы и минусы полозьев
Плюсы. Главное и фактически единственное достоинство вертолетных полозьев – это их дешевизна в производстве. Ведь, по сути, это просто металлические трубки. Притом, что полозья крайне дешевы (относительно колесных шасси), они являются еще и достаточно компромиссным решением с точки зрения аэродинамики, так как мешают вертолету летать намного меньше в силу небольших габаритов и специфической формы.
На заре становления вертолетов, машины с полозьями действительно были свойственны в первую очередь американской конструкторской школе. Все потому, что, собираясь начать массовый выпуск боевых вертолетов для армии, Пентагон хотел получить что-то хорошее, но при этом не астрономически дорогое. Ну, а еще их легко обслуживать, в полозьях ломаться нечему…
Минусы. Дешево и сердито – это всегда круто. Однако у вертолетных полозьев есть совершенно конкретные минусы. Во-первых, это все та же аэродинамика. Полозья все-таки нельзя убрать, а значит обтекаемость машины будет страдать, даже несмотря на то, что лыжи меньше и легче почти любого колесного шасси. Во-вторых, для транспортировки вертолетов с полозьями по земле с одного места в другое требуется использование специальные тележек. Что не очень-то удобно.
Плюсы и минусы колес
Плюсы. Вертолеты с колесами обладают рядом важных достоинств. На заре становления вертолетной техники колесные машины действительно были свойственны в первую очередь для советской конструкторской школы. Сказалось в то, что у нас поначалу вертолет видели в качестве сугубо транспортного средства, а не боевой машины. Вертолеты были тяжелыми, а поставить такую махину на полозья достаточно сложно.
Первое и главное достоинство колесных систем – это возможность горизонтального взлета и посадки. Т.е. вертолет поднимается в небо или опускается на землю почти как самолет. Это полезно в первую очередь с точки зрения экономии горючего: вертикальный взлет и посадка сжирают чудовищное количество топлива. Колеса, как правило, создают больше аэродинамического сопротивления при движении в воздухе. Зато, в отличие от полозьев, их можно сделать убираемыми. Это дорого, но намного лучше. Кроме того, колесные системы приходится оснащать множеством «побочных» механизмов, таких как амортизаторы и тормоза. Все это еще больше увеличивает стоимость летательного аппарата. Зато колесному вертолету не нужны тележки для транспортировки на аэродроме.
Минусы. Основных минусов три и проистекают они прямо из достоинств колесных шасси. Первый – колесные шасси сложнее производить. Второй – колесные шасси дороже. Причем, если речь заходит об убирающихся шасси, то это еще намного дороже. Третий – колесные шасси сложнее обслуживать. Причина очевидна: это куда более сложный с технической точки зрения механизм, чем несколько сваренных трубок нужной жесткости.
Если хочется узнать еще больше интересного, то стоит почитать про 7 лучших ударных вертолетов , которые стоят на вооружении сильнейших армий мира.
ГОСТ 21891-76 Шасси самолетов и вертолетов. Термины и определения.
Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 25 мая 1976 г. N 1285 срок действия установлен с 01.07.1977 г. до 01.07.1982 г.
Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения шасси самолетов и вертолетов.
Установленные настоящим стандартом термины и определения обязательны для применения в используемой в народном хозяйстве документации всех видов (включая унифицированные системы документации, общесоюзные классификаторы технико-экономической информации, тезаурусы и дескрипторные словари), научно-технической, учебной и справочной литературе.
Приведенные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий.
Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается.
Недопустимые к применению термины приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены «Ндп».
Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.
В стандарте приведен алфавитный указатель содержащихся в нем терминов.
Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма — светлым, недопустимые синонимы — курсивом.
Шасси вертолета
Название «Шасси» говорит о том, что взлетно-посадочные устройства предназначены для обеспечения взлета и посадки вертолетов. Кроме того, шасси вертолетов служит для стоянки и передвижения вертолета по земле (по воде) при рулении или буксировке.
Шасси вертолета должно обеспечивать в ожидаемых условиях эксплуатации:
— управляемость вертолета при разбеге, пробеге, рулении, разворотах и буксировке;
— амортизацию динамических нагрузок, возникающих при посадке, рулении, разбеге;
— буксировку, исключающую возможность уборки шасси па земле.
Характеристики колес, тормозов и шин шасси должны соответствовать взлетно-посадочным характеристикам вертолета и при этом обеспечивать:
— длительные стоянки с заторможенными колесами и руление вертолета с максимально допустимой массой;
— взлеты (посадку) с максимально допустимой массой и скоростью.
При использовании убираемого шасси вертолет оборудуется аварийной системой выпуска.
Демпфирующие характеристики амортизационных стоек должны обеспечивать безопасность от автоколебания типа «земной» резонанс.
При посадках (взлетах) вертолета с горизонтальной скоростью должна быть исключена возможность возникновения опасных в отношении прочности колебаний типа «шимми» переднего колеса во всем диапазоне скоростей пробега (разбега).
Прочность шасси необычных схем (полозкового, поплавкового и др.) проверяется в соответствии со специальными рекомендациями.
Работоспособность колесного шасси следует определять для двух основных типов посадки:
— с режима висения (при наличии мощности на НВ);
— с планирования при одном неработающем двигателе, если только его отказ не приводит к необходимости выключения всех двигателей.
Помимо перечисленных типов посадки для обеспечения безопасности пассажиров и экипажа следует рассматривать также случаи аварийной посадки вертолета (в т.ч. при отказе всех двигателей).
Эксплуатационную скорость снижения Fy (посадка с режима висения) при подаче мощности на НВ для переднего и заднего шасси следует принимать одинаковой и определять по формуле.
НАГРУЖЕНИЕ ШАССИ ПРИ ПОСАДКЕ
Для исключения возможности касания поверхности посадочной площадки в процессе нормальной эксплуатации РВ или другими элементами конструкции на вертолете устанавливается хвостовая предохранительная опора. Ее статическая прочность проверяется на нагрузки, выбранные на основе имеющегося опыта проектирования и эксплуатации с учетом случаев нагружения при посадке.
Существует несколько схем шасси: колесные, полозковые, поплавковые, лодка и др.. Посадочные устройства могут быть выполнены и в виде комбинации из двух схем — это так называемые комбинированные шасси. Например, на вертолете-амфибии посадочными устройствами являются лодка и колесные шасси; лыжное шасси может быть выполнено в комбинации с колесными; на корабельный вариант вертолета устанавливаются баллонеты для выполнения аварийных посадок на воду.
ПОСАДОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ
Наличие на вертолете аварийных посадочных баллонетов не исключает возможности для вертолета производить посадку и транспортировку на своих колесах по аэродрому и палубе.
Как правило, на вертолетах применяется колесное шасси. На стоянке вертолет обычно имеет три точки опоры. Если колеса главных ног располагаются позади центра массы, то его третья опора (или две опоры) устанавливается под носовой частью вертолета, а система носит название шасси с передним, или носовым, колесом.
Шасси с носовым колесом на вертолетах одновинтовой схемы имеет на конце хвостовой балки опору с амортизацией. На транспортном вертолете с грузовым люком ее целесообразно убирать, чтобы обеспечить свободный доступ загружаемой техники к погрузочной рампе.
Угол опрокидывания 0 определяют из соображения безопасности посадки вертолета с самовращающимся НВ. Стояночный угол £ (между строительной горизонталью фюзеляжа вертолета и поверхностью посадочной площадки) необходим для облегчения рулетки вертолета (£ = 2—3°) или загрузки через задний грузовой люк (тогда угол £ отрицательный).
Если на нижней поверхности носовой части фюзеляжа вертолета по конструктивным или эксплуатационным соображениям нельзя установить переднюю стойку шасси, то применяется схема с хвостовой стойкой. В этом случае перед посадкой вертолета на режиме авторотации необходимо соответственно уменьшать угол тангажа фюзеляжа.
Посадочное устройство, у которого главные ноги шасси расположены впереди центра массы вертолета, а третья опора — в его хвостовой части, носит название шасси с хвостовым колесом.
На гражданских вертолетах применяется, как правило, шасси с носовым колесом. Данная схема имеет существенные преимущества по сравнению с шасси с хвостовым колесом, среди них — безопасная и более простая посадка вертолета в условиях плохой видимости и хорошая путевая устойчивость при разбеге и пробеге.
Для обеспечения разворотов и устойчивости движения вертолета по аэродрому на передней (или хвостовой, в зависимости от схемы шасси) стойке устанавливается самоориентирующееся колесо. В результате свободной ориентации колеса на передней стойке шасси может возникнуть поперечное автоколебание — «шимми». Эта форма автоколебания возникает вследствие взаимодействия сил со стороны посадочной площадки с инерционными и упругими силами конструкции передней стойки шасси.
Колеса главных ног шасси делаются не ориентирующимися, с тормозами. Тормоза менее мощные, чем у самолетов, т.к. вертолет при посадке в основном тормозит НВ, а для разворотов при рулетке использует путевое управление. Тормоза на колесах главных ног шасси служат для сокращения длины пробега вертолета после посадки, фиксации вертолета на наклонной площадке и на палубе корабля.
КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВЫЕ СХЕМЫ ШАССИ
Конструктивно-силовые схемы шасси выбирают исходя из требований:
— эксплуатационных (определение типа посадочного устройства шасси: колеса, лодка, поплавки, полозки и т.п.);
— компоновочных (зависят, в частности, от агрегата, воспринимающего нагрузки от шасси: фюзеляж, крыло).
С учетом требований аэродинамики, эксплуатации и обеспечения аварийной посадки при полете на малой высоте решается вопрос о целесообразности уборки шасси в полете.
В вертолетостроении используются пирамидальная, консольная (балочная), пирамидально- параллелограммная и рычажная схемы шасси.
Пирамидальная схема состоит из трех стержней. Два нижних жестких стержня шарнирно прикрепляются к силовым элементам нижней части фюзеляжа. Они воспринимают лобовые и боковые нагрузки от колеса. Кинетическая энергия вертолета при посадке воспринимается амортизатором, встроенным в третий стержень. Длина этого стержня определяется из конструктивных соображений, при этом учитывается требование обеспечения минимальной массы пояса фюзеляжа, на который воздействует данная нагрузка. Как правило, узел крепления располагают на силовом шпангоуте, воспринимающем нагрузку от НВ. Это конструктивное решение определяет положение стержня с амортизатором относительно оси поворота двух нижних стержней. Обычно плоскость стержня с амортизатором не перпендикулярна к оси вращения нижних стержней. Поэтому для того, чтобы стержень при обжатии амортизатора нагружался только продольной силой, на обоих его концах 4, 7 устанавливаются карданные узлы.
При обжатии амортизатора ось колеса перемещается по дуге окружности. Чтобы в конце обжатия колесо имело максимальную
площадь контакта с грунтом, оно в не обжатом состоянии должно иметь угол развала ф . Этот угол не должен превышать величины, при которой возможен срыв протектора в процессе обжатия амортизатора за счет боковой силы при изменении колеи шасси.
Консольная (балочная) схема главного шасси применяется в том случае, когда компоновка планера вертолета позволяет отказаться от пирамидальной конструкции шасси. Стойки шасси представляют собой консольные балки, прикрепленные к пилонам фюзеляжа.
Балочные стойки крепятся к планеру вертолета таким образом, чтобы воспринимались все виды нагрузки с стойки на каркас вертолета (вертикальные, продольные и поперечные силы и крутящий момент). Основным свойством балочного шасси (помимо его компактности) является условие нагружения штока амортизатора, воспринимающего не только осевую нагрузку при обжатии амортизатора, но также продольную и поперечную силы. При определенных соотношениях выноса оси колеса 4 относительно узла крепления шасси к элементам планера, величины консоли шасси и расстояния между буксами Ъ при полностью выпущенном штоке возможно заклинивание амортизатора из-за большого трения в буксах и манжетах.
Для исключения поворота колеса относительно стойки устанавливается шлиц-шарнир 2. При отсутствии нагрузки на колесо угол между звеньями шлиц- шарнира не должен быть больше 150°. В этом случае исключается заклинивание шлиц- шарнира при обжатии амортизатора.
Балочные шасси применяются также в носовых и хвостовых опорах. В этом случае кинематика стойки шасси должна обеспечивать само ориентирование колеса при маневре вертолета на взлетно-посадочной площадке. В стойке шасси предусматривается узел для фиксации плоскости колеса по направлению полета при полностью выпущенном штоке амортизатора.
Если конструктивными приемами не удается исключить возможность заклинивания стойки или по компоновочным соображениям необходимо уменьшить высоту ноги шасси, применяют рычажную схему.
Рычажная схема может иметь разные кинематические варианты. В рычажных стойках шток разгружен от поперечных нагрузок, что улучшает амортизационные качества шасси по сравнению с балочной схемой.
При выборе кинематической схемы для палубного вертолета необходимо учитывать специфические условия нагружения шасси при контакте с посадочной площадкой. Палуба корабля перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскостях и проворачивается относительно осей XYZ. Устойчивость вертолета на палубе и устранение «земного» резонанса непосредственно связаны с кинематикой главных и носовых стоек шасси.
Пирамидальные шасси имеют «корабельный» недостаток — при больших вертикальных перемещениях шасси вертолета наблюдаются значительные боковые перемещения колес Az, приводящие к изменению колеи при обжатии амортизаторов. С целью предотвращения соскальзывания вертолета с летной палубы корабля во время качки ее поверхность покрывается специальной противоскользящей мастикой, а на поверхность взлетно-посадочной площадки натягивается сеть. Эти меры препятствуют свободному перемещению колес опор пирамидальной схемы вбок, которое может привести к выключению из работы амортизатора шасси, т.е. к увеличению нагрузок на элементы конструкции шасси, к снижению общего демпфирования системы «шасси — НВ», что чревато последствиями провокаций «земного» резонанса на палубе.
Консольная (балочная) кинематическая схема характерна большими моментами на штоках амортизаторов, что приводит к значительным по величине реакциям в буксах амортизаторов. Это ухудшает динамические характеристики амортизации шасси как в процессе посадки, так и при поглощении энергии при «земном» резонансе.
Неудовлетворительные, с точки зрения корабельных условий, эксплуатационные свойства имеет кинематическая схема рычажного шасси. В данной схеме поперечные колебания вертолета, вызванные боковой и курсовой качкой корабля, приводят к рысканию вертолета (за счет асимметрии обжатия амортизаторов основных опор шасси). Это в сочетании с само ориентирующимися колесами передних опор шасси смещает переднюю часть вертолета в сторону крена и вызывает тенденцию к скатыванию с палубы.
Пирамидально- параллелограммная кинематическая схема лучше всего отвечает специфическим условиям эксплуатации вертолета на корабле. Применение такой кинематической схемы основного шасси позволяет получить большой ход колеса в вертикальной плоскости с практически неизменной колеей. Другим достоинством схемы является то, что амортизатор шасси воспринимает только осевые нагрузки, что позволяет сделать его характеристику чувствительной к малым нагрузкам.
При самоориентирующихся колесах передних опор шасси происходит раскачка носовой части вертолета, что в свою очередь способствует смещению его в сторону крена.
Для расширения диапазона предельных углов качки корабля, при которых возможны взлет и .посадка вертолета на качающуюся палубу, необходимо вводить в конструкцию передних опор шасси устройство, фиксирующее их по продольной оси вертолета при стояночной нагрузке.
С точки зрения весовой эффективности, использование материала ВТ-22 вместо ЗОХГСНА в конструкциях силовых деталей шасси наиболее выгодно. Сплав ВТ-22 удовлетворительно сваривается, что позволяет получать детали шасси сложной пространственной формы больших габаритов, сваривая их из частей. Для деталей, изготовленных из ВТ-22, не существует проблемы защиты конструкций от коррозии (особенно мест, постоянно подвергающихся воздействию воды, грязи, песка).
Определенным ограничением применения титановых сплавов в конструкции шасси является недостаточно хорошая их работа в парах трения — в таких местах необходимо применять специальное антифрикционное покрытие.
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СТОЙКИ ШАССИ
В качестве поглотителя кинетической энергии используются специальные агрегаты-амортизаторы и авиационные колеса. Для всех типов амортизаторов обязательно наличие демпфирующего и упругого элементов.
Назначение упругого элемента амортизации — аккумулирование части воспринимаемой кинетической энергии для восстановления исходного рабочего состояния амортизатора.
Упругими элементами амортизации могут быть воздух (азот), пружина или резина. Авиационные колеса шасси также являются упругими элементами амортизации. Помимо поглощения кинетической энергии они обеспечивают необходимую маневренность вертолета по земле и фиксацию его на стоянке.
Назначение демпфирующего элемента — поглощать кинетическую энергию и превращать ее в тепло. Кроме того, демпфирующие характеристики амортизационных стоек должны обеспечивать безопасность от автоколебаний типа «земной» резонанс.
Демпфирование осуществляется за счет сил трения в дроссельных устройствах, буксах (подшипниках скольжения) и материале при его деформации.
В зависимости от применяемых упругих и демпфирующих элементов амортизаторы бывают: жидкостно-газовые, пружинные, пружинно-жидкостные, резино- пластинчатые, резино- шнуровые, пружинно-фрикционные.
Резину в амортизаторах используют как при работе на растяжение, так и при работе на сжатие. В первом случае применяют резиновый шнур, во втором — резиновые пластины.
Резиновый шнур состоит из нитей прямоугольного сечения, растянутых до 150—200% начальной длины и фиксированных в таком состоянии текстильной оплеткой. Коэффициент гистерезиса шнуров не превышает 0,18.
Пластинчатые амортизаторы (буферы) набирают из резиновых пластин. Коэффициент гистерезиса 0,25—0,5 при сжатии на 25-50% свободной высоты. Разрушение (растрескивание) резины наблюдается при 50—60% обжатии. Буфер поглощает большую работу, если пластины при сжатии имеют возможность свободно расширяться в стороны. Для этого между пластинами прокладывают гладкие тонкие металлические шайбы.
Резиновым амортизаторам свойственны следующие недостатки:
— естественная потеря амортизационных качеств от атмосферных условий (старение);
— отрицательное влияние низких температур;
— разрушающее действие масла и т.п.
Коэффициент полноты диаграмм работы резинового амортизатора Г| = 0,4. Диапазон рабочих температур от +60 до —45° С.
Жидкостно-газовые и пружинные амортизаторы являются основными типами амортизаторов, применяемых на вертолетах.
В зависимости от условий эксплуатации, нагрузки, действующей на амортизационную стойку, заданных характеристик жесткости, величины конструктивно возможного хода штока и кинематической схемы шасси выбирается КСС амортизационной стойки.