From Wikipedia, the free encyclopedia
Устройствата за излитане и кацане на летателните апарати са системи, елемент от конструкцията им, които включват всички устройства, работещи съвместно с колесника, и които обезпечават необходимите условия за тяхното движение върху земната повърхност, рулиране, излитане и приземяване. [1]
Тази съвкупност от технически средства е популярна още с наименованието ходова част, шаси (на френски: châssis) или колесник, макар последното да се отнася само за един елемент от цялата система. Тези устройства са изпълнени с най-разнообразни конструктивни решения и технически се определят в зависимост от габаритите и предназначението на летателния апарат, както и от летателната площадка и нейното физическо състояние – мека почва, твърда земна повърхност, заснежена повърхност, асфалт или бетон и водна повърхност.
В повече от 100-годишната история на авиацията тези устройства се променят, усъвършенстват и позволяват построяването на по-тежки, по-скоростни летателни апарати, с по-добри аеродинамични характеристики и по-висока икономическа ефективност при експлоатацията им. Това е първото, което се вижда в исторически план – от първия самолет Флайер I на братя Райт, който за излитане и кацане има една дървена ска, до многото стойки на колесника и десетките колела на самолета Антонов Ан-225 Мрия.
Устройствата за излитане и кацане от земната повърхност включват сложен комплекс от механизми, хидравлични елементи и тяхното управление и силови елементи в конструкцията на центроплана или фюзелажа. Те обезпечават рулиране, излитане и кацане от летателни площадки върху грунд, специално покрити летателни полоси (писти) или заснежена повърхност и вода. С тях трябва да се удовлетворяват едни от основните летателни характеристики – неголеми скорости при излитане и кацане, малки дистанции за засилване и пробег и добра устойчивост и управляемост по време на рулирането. [2]
Ходовата част е сравнително тежка. Тя представлява обикновено от 4 – 5% от общото тегло на летателния апарат, но може да достигне и до 7%.
Конструктивно тези устройства са изградени така, че да не влошават, а да позволяват най-пълното използване на аеродинамичните характеристики на летателния апарат по време на полет. При рулиране, при излитане или кацане тези устройства трябва да съкращават дистанциите и скоростите, и в същото време със здравината си да обезпечават надеждността за експлоатация на летателния апарат при голямо натоварване в трите основни режими на ползване. Стойките на опорите на устройството, популярно наричани колесник, трябва чрез конструкцията си да разпределят нормалния натиск върху по-големи площи (например с широки гуми и колички с повече колела) и сложна система за акумулиране на енергията при кацането и нейното разпределение по цялата силова схема на летателния апарат. По време на полет колесниците в съвременните самолети са сгъваеми (във фюзелажа, мотогондолите или крилата), като с това значително се намалява челното съпротивление и се подобряват скоростните и експлоатационните характеристики на летателните апарати. На неприбираемите колесници в самолетите до 40-те години на ХХ век за тези цел са поставяни специални обтекатели.
Видно е, че устройствата за излитане и кацане трябва да удовлетворяват следните изисквания: [3]
Различават се няколко вида устройства за излитане и кацане. Класификацията им се определя от техническите и конструктивните решения, обусловени от предназначението на летателния апарат, неговите скоростни характеристики и характеристиките на условията, при които се използва. Разделянето на видовете може да се направи както от броя на основните опори (стойки) на летателния апарат, така и от използваните средства осъществяващи начина за непосредствено придвижване по повърхността на земята.
Най-масовите летателни апарати, които излитат и кацат върху твърда земна повърхност използват колесници. Технически това се решава с три основни схеми – две схеми реализирани с колесник по т. нар. триопорна система и трета основна схема наречена двуопорна система, реализирана също с колесник. [1]
Това е най-разпространената схема, използвана още от зората на самолетостроенето. Използва се в самолети, хеликоптери и автожири. Към устройствата по тази схема се предявяват изключително строги изисквания поради сложността им, високите натоварвания и сложната кинематическа схема, особено в съвременните самолети. Колесниците са най-разпространените и най-използваните устройства за излитане и кацане въпреки голямото разнообразие от летателни апарати.
Тяхната конструкция от свързани елементи трябва да работи изключително надеждно. По време на експлоатация те се натоварват от различни по големина и посока сили при придвижването по земята, засилването и кацането. Статичното натоварване е основното не само в покой, но и при движение на летателния апарат. При движение по повърхността на летателното поле от неравности могат да възникнат силни единични ударни натоварвания, които амортизационната стойка трябва да гаси, за да не се предават на конструкцията и да не се увеличава уморното натоварване на летателния апарат. Допълнително при развъртане на колелата при кацане, както и самия процес на кацане с използване на спирачки, е свързан с много големи действащи върху колесника сили и ускорения, които не трябва да доведат до трайни деформации или неговото разрушаване. [4]
Разпространени са две основни схеми на колесника – стойки като основни опори и допълнителна трета точка реализирана с носово колело или с опашно колело.
На базата на тези две основни класически схеми са разработени и се експлоатират летателни апарати използващи същите принципи, но с други експлоатационни качества и възможности. [5]
Двуопорната схема на устройства за излитане и кацане е третата основна схема и се нарича още велосипедна схема при ползване на колесник. Летателният апарат използва основно две опори разположени по надлъжната осова линия на фюзелажа една зад друга на почти еднакво разстояние от центъра на масата. При това задната опора е по-натоварена от двете. За стабилност при рулиране върху крилата са разположени допълнителни опори. Предната опора е управляваща. Тази схема се използва при необходимост от разполагане на значителен товар близо до центъра на масата при самолети високоплани като например бомбардировачите B-52 и Мясищев 3М, скоростни разузнавателни самолети като Локхийд U-2, бойни самолети от типа Яковлев Як 25, 27, 28, или при самолети с вертикално излитане AV-8B Harrier. [9]
Според приетите системи, устройствата за излитане и кацане се характеризират с геометрични параметри задаващи мястото и разположението им. Основни определящи са масовия център на летателния апарат и разположението му спрямо главните строителни оси на апарата. От зададените основни геометрични параметри зависи отдалечеността на летателния апарат от земята при излитане и кацане. Този параметър определя и аеродинамичните характеристики на апарата, поради екраниращия ефект на земята. Тази близост силно влияе върху устойчивостта и натоварванията в тези фази на полета. [15]
Средствата за излитане и кацане на самолетите предопределят и начина на пилотиране на летателния апарат, както и особеностите при изпълнение на тези фази на полета. От друга страна предназначението на самолета и неговите аеродинамични характеристики определят и избора на устройствата за излитане и кацане като схема за транспорт на апарата по повърхността на земята.
Триопорната схема с опашно колело или бекил, наричан още рило, в исторически план е първото техническо решение прието и масово използвано в летателните апарати. Разполага с колесник с две основни колела отпред, изнесени пред центъра на тежестта на самолета, и опашна опора в края. Така опашното колело, което носи около 10% от общото тегло, [3] има значително по-малки габарити от основните колелата на колесника. Такава форма и размери не влошава съществено аеродинамиката на самолета при обтичането на фюзелажа и не увеличава челното съпротивление. Опашното колело е свързано с вертикалния стабилизатор за управление на посока в хоризонталната равнина и осъществява управлението на самолета на земята. Това преместване при полет увеличава съпротивлението, което затруднява пилотирането, поради отклоняването от курса. Макар и да е по-евтино техническо решение, смята се че управлението на самолета е по-трудно при излитане и приземяване. Отдалечаването на задната опора от центъра на тежестта налага и специално обучение на пилотите, особено за изпълнението на фазата на полета приземяване. Това е от особена значение за витловите самолети, където доброто успешно приземяване е едновременното приземяване на трите опорни точки. С вирнатия нос на самолета се осигурява добър запас за проходимостта на въздушния винт и се предотвратява неговото аварийно удряне в земята или капотаж на самолета. Характерното за тези устройства е, че независимо от това дали е сгъваем или неприбираем основният колесник, опашното колело е неприбираемо.
Недостатъците на системата:
Опашно колело се поставя и на някои съвременни самолети. То не се използва за излитане и приземяване. Такова фиксирано малко опашно колело има предназначение при нужда да защити задната част на фюзелажа. При излитане с голям ъгъл на атака на самолети с реактивни двигатели (като например тези с делта крила или със силно изразена стреловидност), това колело не позволява удар в опашката и не се допуска опашната част на самолета да се допре аварийно на полосата. [16] Примери за това са Me 163 Komet [14], и самолета Конкорд. [17]
Триопорната схема с носово колело е най-разпространената схема, която започва да се използва в самолетите през време на Втората световна война и до днес. Основният колесник, независимо от броя на колелата и конструкцията с конзолно монтирани колела или количка с колела, е разположен в зоната на центъра на тежестта и зад него по протежение на фюзелажа към опашката. [17] Носовото колело има товароспособност по-малко от 1/3 от общото тегло на летателния апарат [18]и се използва за управление на самолета при рулиране. Системата за управление от пилотската кабина се осъществява с педалите или рула, като техническото решение е различно за конкретните машини.
Предимство на системата с предна опора:
Недостатък:
Тази схема на колесника позволява да се разположи значителен товар близо до центъра на масата. Известна още като велосипедна схема, тя се прилага основно в самолети горноплощници и при самолети с вертикално излитане. По такава аеродинамична схема се конструират и произвеждат бомбардировачи и разузнавателни самолети. Макар предизвикано принудително, това решение има следните предимства:[19]
Недостатъци:
В исторически план самолетите, произвеждани до началото на Втората световна война са с неприбираеми колесници. За подобрявяне на аеродинамиката, върху стойките са монтирани специални обтекатели на колелата и стойките. Примери за това са известният бомбардировач Junkers Ju 87 и бойния PZL.23 Karas полско производство. Въпреки мерките за подобряване на аеродинамиката, скоростта на самолетите не надхвърля 400 km/h. Съвременните нискоскоростни самолети за учебни цели, леките и свърхлеките самолети, мотогондолите на делтапланите обикновено са изпълнени по тази евтина конструктивна схема. Тази схема се използва и в леките многоцелеви граждански и служебни самолети като например Cessna 208 Caravan.
За изпълнение условията за намаляване челното съпротивление, подобряване аеродинамичните качества и увеличаване скоростта, за удовлетворителни характеристики за добра устойчивост, управляемост и икономичност по време на полет, в съвременните самолети колесникът се сгъва и прибира, за да се получи добра аеродинамично обтекаема форма. [20] Идеята за реализиране на прибиращ се колесник за пръв път е предложена от Алфонс Пено (Alphonse Pénaud) и Пол Гошо (Paul Gauchot) през 1876 г. [21][22] Поради сложността на механизма такава схема не е използвана до края на Първата световна война. Подвижната ходова част на летателния апарат е значително по-сложна за изпълнение, изисква разработката на нови кинематични схеми и нов тип надеждни хидравлични, пневматични и електрически системи, увеличава теглото на самолета и намалява обемите, които може да се използват за пренос на горива, граждански или военен товар. По тези причина, независимо от влошаването на аеродинамичните показатели, авиоконструкторите до началото на 40-те години на ХХ век използват неприбираеми колесници, на които се поставят подходящи обтекатели за намаляване на челното съпротивление.
Прибирането на колесниците намалява полезния обем на самолета, защото заемат обеми във фюзелажа, крилата или мотогондолите. Това показва, че решението за прибираемите колесници е технически компромис, насочен към повишаването на експлоатационната ефективност и боеспособност на летателния апарат, независимо от въвеждането на нови по-скъпи системи с висока степен на сложност и здравина. Основно се прилагат две системи:
За да се обезпечи надеждно прибиране или особено спускане на колесника и за да се предотврати отказ на системата, обикновено има няколко независими една от друга резервиращи системи, независимо от това дали задвижването на системата за прибиране се осъществява с електрически средства или е с хидравлично задвижване. При други самолети ръчното задвижване е основното и единствено, каквато е системата на учебно-тренировъчния самолет Лаз-7[23]. Ако електроенергийната система например е повредена, аварийно спускане на колесника винаги е възможно. Осъществява се с ръчно задвижване с манивела на червяк за спускане или прибиране на колесника или с хидравлична помпа. В големите транспортни самолети се поставя и аварийна пневматична система задвижвана от азот. Отключването на системите за фиксиране на прибрания колесник позволява и до успешно спускане на колесника под действие на собственото му тегло при подходящо управление на летателния апарат от пилота.
Към прибиращите системи се поставят високонадеждни заключващи системи за обезпечаване на състоянието прибран или спуснат колесник. Ключалките използват обикновено механичен принцип на работа и заключването са осъществява когато колесника заеме съответното положение – „прибран“ или „спуснат“. Контрол за състоянието на колесника се следи от пилота чрез сигнални лампи с различен цвят на пулта за управление.[24]
Основните схеми в конструкцията на устройствата за излитане и кацане се прилагат във всички летателни апарати. И макар да използват една принципна схема, в сложността си тези системи много се различават. Основен фактор при техническия избор на тези устройства са теглото на летателния апарат, скоростта му за излитане и кацане и видът на площадката ползвана за това, полетна скорост и производствената цена на апарата. Леките и ултралеките самолети за граждански цели или такива построени от любители, делтапланерите и др., използват възможно най-простите конструктивни решения. Въпреки това за безопасност при ползване са създадени задължителни норми, които трябва да гарантират безаварийност при експлоатацията им. Например задължително изискване към основните и носовите опори на любителските конструкции е да имат диаметър на колелото по-голям от 30 cm, устройството да обезпечава просвет повече от 15 cm за проходимост на въздушния винт, устройството за излитане и кацане да се оразмери за кацане с вертикална скорост по-голяма от 2,5 m/s. [25] Спортните самолети, макар и да спадат към категорията на леките, поради по-високата скорост и високи изисквания за маневреност, имат изчистена аеродинамика и усложнена схема с прибираеми колесници, така както се реализират летателните апарати за военни цели и граждански транспорт. Независимо от избраната схема, техническата конструкция и материалите за изграждането ѝ, оразмеряването на устройството за излитане и кацане трябва винаги надеждно да обезпечи пълна безопасност при експлоатация на летателния апарат във всички фази на полета.
Основните геометрични характеристики на двата вида най-често използвани колесници с опашна и носова опора са:[8]
Това е основен опорен елемент, който предава силите възникващи в летателния апарат от теглото му и скоростта на движение в две посоки от гумата към силовите елементи в тялото и обратно. За погасяване на ударите върху конструкцията на стойките, тези елементи се изпълняват и като амортизатори.[28]
Конструктивно стойките се различават по няколко основни признака – кинематична схема за вдигане и спускане, амортизатора и неговото вграждане или закрепване към стойката, начина на закрепване на колелата към стойките, закрепването на сложната система на количките с колела.
Колелото е основният опорен елемент на колесника, с който се осъществява контакта със земната повърхност. Изпълнява основно функциите за придвижване, спиране и управление на летателния апарат. Състои се от гума, барабан, лагеруващ в закрепена неподвижно ос с вилки или конзоли на стойките и спирачка. [32]
Първите използвани колела в летателните апарати са изградени с капли, спици и гуми с малко напречно сечение, т.е. използвани са колелата в транспортните средства от началото на ХХ век. Към края на Първата световна война се произвеждат целометалически неразглобяеми джанти. С увеличаването на теглото и скоростта на движение на летателните апарати, и вграждането на мощни спирачни системи, колелото се изгражда от барабани от леки алуминиеви сплави с монтирани балонни гуми.
Основните му функции са да поеме и разсее компонентата на кинетичната енергия в резултат на вертикалната скорост при кацане. Тази функция го определя като задължителен елемент за всеки колесник и неговата конструкция, качества за еластичност и възможности за демпфиране се определят за конкретния летателен апарат. Амортизаторът трябва да има едновременно еластични и демпфиращи свойства. С тези си качества неговите еластични качества не позволяват деформиране на конструкцията на планера, а демпфиращите свойства на амортизатора защитава конструкцията от продължителни вертикални трептения. Амортизаторът често се използва и като основен опорен елемент на колесника като съвместява и носещите функции на стойките. Използват се пружинни и течно-газови амортизатори.[38]
Тези стойки са елементи осигуряващи основната стойка. Заедно с основната стойка те създават пространствена фермено-гредова конструкция. С това основната стойка е по-устойчива като се поемат и намаляват огъващия момент и натоварванията в надлъжна и напречна посока. Двете стойки се свързват шарнирно с основната стойка.[24]
Ключалките са механични елементи които се използват за фиксиране на състоянието на спуснатия или прибрания колесник. Това обикновено се реализира автоматично с механичен принцип на работа. Отключването се извършва с механично задвижване или с хидроцилиндър, като това е част от последователността по процеса на прибиране или спускане на колесника. Изискването към заключващите елементи е надеждно да задържат състоянието на колесника в двете възможни състояния. Състоянието на заключващата система се контролира чрез светлинна индикация на пулта в пилотската кабина. [24]
Хидроцилиндрите са технически средства, задвижвани от хидравличната система на летателния апарат, за вдигане и спускане на колесника. За осигуряване на надеждно спускане на колесника системата се резервира с възможност за механично спускане или с отключването на ключалката за прибрано положение при което колесниците се спускат под напора на вятъра и собственото си тегло.
Количката е техническо решение за колесника, което се използва за увеличаване броя на осите с монтирани колела върху една стойка. Количката трябва да обезпечи преразпределение на натоварването, което усложнява конструкцията с механизми за натоварването на различните оси. При кацане количката може да е в хоризонтално положение или да са спуснати задните колела по посоката на движение. Във втория случай развъртането на задните колела става преди предните и това намалява действието на т. нар. „пружинен удар“.
Най-важното условие е върху количката да действат равни по големина сили върху предната и задната ос. Затова конструктивно двете оси се поставят на еднакви разстояния от оста на стойката. За изпълнение на условията за работа на количките се поставят компенсационни механизми и стабилизиращи амортизатори.[30]
Механизмът осигурява управлението на летателния апарат върху земната повърхност чрез промяна на ъгъла на завиване на опашното или носовото колело. Механизмът позволява при някои модели промяна на ъгъла до 600, което прави летателния апарат много маневрен на земята. Системата за управление при леките самолети е по-проста и се задвижва механично. При по-тежките самолети завъртането на управляемата стойка се извършва с пневматично или хидравлично управляема автоматика.
Това са силовите елементи в планера, в които се закрепва колесника. Свързването на напречните и надлъжните стойки е шарнирно. С оглед защита на основната конструкция на планера, в някои модели самолети тези възли се разрушават при много грубо или аварийно кацане. По този начин като предпазители, разрушаването на опорните възли предпазват от разрушаване останалата част от конструкцията. [30]
Изборът на броя на колелата, гумите и конструкцията на основния колесник се прави въз основа на тяхното статично натоварване. Натоварването на системата стойка, колело, гума се определя от максималното общо тегло и зависи от центровката на самолета. Центровката на самолета се променя в някакви граници и се определя от разнообразието при поставяне на товарите – различни по количество и тегло, количество гориво и броя и разположението на пътуващите в салона на самолета. Това налага и при двете основни схеми с носово и опашно колело да се определя максималната сила действаща върху основните и допълнителната стойка. Максималната сила действаща върху основните стойки се определя с: [44]
Максималната сила действаща върху допълнителната стойка се определя с:
Минималната сила е
Конструктивно се залагат условия максималните и минималните сили действащи на допълнителната стойка да се определят при спазване на условието:
0,2 > > > 0,06[18]
Работният режим на стойките, барабаните и гумите е по-тежък от този при статично натоварване, макар той да е основният определящ. Натоварването при кацане се определя от възможността на системата да поеме и разсее вертикалната компонента на възникналата кинетична енергия. Определящи фактори са вертикалната скорост за кацане, но силно влияят метеорологичните условия, опита на пилота и състоянието на летателния апарат (позволяващо нормални работни режими или състояние предизвикано от аварийна ситуация). По време на кацането се деформират амортизаторите и гумите. Амортизационната ефективност на тези два елемента е от важно значение за експлоатацията на летателния апарат, затова за различните апарати се приемат различни параметри за претоварване. Прието е нормирането на това претоварване да бъде оразмерено с коефициент:
Якостните норми при кацане задължително отчитат и един друг важен фактор наричан „пружинен ефект“. Това е деформирането на стойките при докосване на земята от колелата. Силата на триене е много голяма, поради това че колелото е в покой и развъртането му до въздушната скорост на летателния апарат в този момент, се определя от силата на натиска и коефициента на триене с летателната полоса. Посоката на мощния удар при съприкосновение със земята е насочен под ъгъл 450 назад и нагоре.
Значителни натоварвания има и в режим на спиране, както и в резултат на странични натоварвания при завой на летателното поле. Движението с малка скорост по земята поради неравност също натоварва цялата система, като възникналите сили се преодоляват с демпфащите качества на гумата и амортизатора. [46]
Технически неизправности, повреди в системите на самолета, повреди при участие във военни действия или човешки грешки, свързани с прибиращия се колесник, са причина за произшествия и инциденти в цялата историята на авиацията. Отвличане на вниманието или неспазване инструкциите за управление при кацане, например с висока скорост, също са причина и за аварии дори и при изправни колесници.
Причина за честите инциденти може да бъде и реализирано техническо решение на самолетната конструкция, което изисква много висока професионална квалификация и не отчита голямото различие в летателната подготовка на пилотите. Такъв пример е плъзгача – шина за кацане на ракетния прехващач Messerschmitt ME 163 от Втората световна война. Около 80% от загубите на този изтребител се дължат на злополуки от експлодиране във въздуха по причина на реактивния двигател, или от удара на шината в земята. [47]
Приземяването с повреден колесник може да бъде авиационен инцидент или тежко авиационно произшествие. В такива случаи се прилагат аварийни кацания по т. нар. кацания по „корем“. Във всички случаи на аварийно приземяване се нанасят големи материални щети, независимо от степента на разрушаване на летателния апарат. За намаляване щетите при принудително аварийно кацане се прилага в конструкцията на колесника системата за полуприбран колесник. Това е конструкция, при която в мотогондолата или фюзелажа се прибира колесника и само част от колелото. За обтичане от въздушната струя извън габаритите на летателния апарат остава част от колело с големината на неговия радиус. Такава схема е използвана в учебно-тренировъчния Лаз-7, самолета за граждански пътнически полети DC-3, бомбардировача B-17C и щурмовия самолет Феърчайлд A-10 Тъндърболт II. В други модели самолети са добавят твърди структури в конструкцията на долната част на фюзелажа, предназначени да се сведе до минимум структурната повреда в колесниците и фюзелажа при кацане. Такъв пример е доработката на Cessna Skymaster за специални цели с фибростъкло по протежение на фюзелажа за намаляване на щетите при аварийно кацане на затревено летателно поле.
Не винаги отказа в системата засяга всички колесници. Възможно е чрез задействане на аварийни дублиращи системи и опита на пилота да се спусне успешно системата на колесниците. Такъв е случая с правителствения самолет Ту-154 с Президента Георги Първанов при посещението в Латинска Америка.[48] Има успешни приземявания с неспуснат един колесник от основните или носов колесник. В такива случаи майсторството на пилота е от изключително значение.
Авиационни произшествия настъпват и при изправна механична система на колесника, но при спукаване на гума. Работният режим при излитане и кацане за самолетните гуми е изключително тежък. Огромните претоварвания, прегряване и чистотата на летателното поле и пистата понякога са причина за тежки аварии. Гибелта на самолета Конкорд на парижкото летище се дължи на срязване на гума от наличието на метален къс на пистата.[49] Има регистрирани случаи на запалване на гуми при излитане, и за да не се запали летателния апарат, се вгражда противопожарна инсталация в нишите за съхранение на колесниците.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.