Тормоза колес

Тормоза служат для сокращения длины пробега после посадки, обеспечивают маневрирование самолета при рулении, его неподвижность на стоянке и при опробовании двигателей. Тормоза должны обеспечивать создание максимального тормозного момента на колесе, определяемого предельной величиной коэффициента трения колеса о поверхность ВПП, а также поглощение и рассеивание кинетической энергии самолета на пробеге.

Практическое применение получили три типа тормозов - колодочный, камерный и дисковый.

Колодочный тормоз состоит из двух или более жестких тормозных колодок, покрытых специальным фрикционным материалом (ретинакс), имеющим высокий коэффициент трения и выдерживающий нагрев до 10000 С.

Колодки шарнирно подвешиваются на корпусе тормоза, который неподвижно закреплен на оси колеса. Снаружи над колодками находится стальной барабан с оребрением (рубашка), связанный болтами с корпусом колеса и вращающийся вместе с ним. Тормозные колодки специальными гидроцилиндрами по сигналам летчика прижимаются к барабану и затормаживают колесо. При растормаживании пружины возвращают колодки в исходное положение.

Энергоемкость колодочного тормоза невелика, поэтому его применение оправдано лишь на легких самолетах с невысокими посадочными скоростями.

Камерный тормоз состоит из неподвижно закрепленного на оси колеса корпуса тормоза 2, на котором по окружности установлено большое количество тормозных колодок 4, покрытых фрикционным материалом.

Колодки за счет радиальных пазов могут перемещаться относительно корпуса только в радиальном направлении, причем специальными пластинчатыми пружинами 6 они отжимаются постоянно к оси колеса. На корпусе тормоза под колодками находится плоская кольцевая резиновая камера 3, в которую подается сжатый воздух или гидросмесь под давлением из тормозной системы самолета. Камера, расширяясь и преодолевая действие пружин, прижимает тормозные колодки к стальному барабану, закрепленному на корпусе колеса, и производит его торможение. Такой тормоз обеспечивает равномерное прижатие всех тормозных колодок к барабану, не требует регулировки зазоров между колодками и барабаном, но из-за наличия резиновой камеры, которая боится перегрева, его энергоемкость также невелика.

Дисковый тормоз работает по принципу фрикционной муфты. Он состоит из набора чередующихся между собой подвижных и неподвижных дисков, установленных на корпусе тормоза.

Подвижные диски 1 шлицами связаны с корпусом колеса 2 и вращаются вместе с ним. Неподвижные диски 3 по внутренней поверхности шпонками связаны с корпусом тормоза 4, болтами закрепленного на оси колеса. С торца пакет дисков сжимается кольцевым поршнем 5, создавая тормозной момент между дисками. При сбрасывании тормозного давления поршень специальными пружинами возвращается в исходное положение.

Дисковые тормоза компактны, обладают высокой энергоемкостью, не требуют точного концентричного расположения колеса и корпуса тормоза, поэтому они нашли самое широкое применение на современных самолетах.

Автомат торможения используется для предотвращения при торможении полного заклинивания колеса и его движения юзом.

С этой целью на колесе устанавливается инерционный датчик, корпус которого неподвижно закреплен на корпусе тормоза. В корпусе датчика вращается валик с малой шестерней 1. Эта шестерня входит в зацепление с большой шестерней 2, закрепленной на корпусе колеса. При вращении колеса валик датчика вращается со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту.

На валике устанавливается маховик, который соединяется с валиком подпружиненными фрикционными накладками. Силы трения в этих накладках раскручивают маховик, и он вращается совместно с валиком. При возникновении юза колесо и валик датчика начинают терять угловую скорость вращения. Маховик за счет сил инерции и, преодолевая силы трения в накладках, проворачивается относительно валика и за счет наклонных скосов перемещается вдоль оси. Это движение используется для включения микровыключателя и подачи сигнала в электроклапан, сбрасывающий давление в системе торможения. Тем самым исключается проскальзывание колеса юзом и обеспечивается высоквая эффективность торможения колес на пробеге.

Амортизаторы шасси.

Во время посадки самолет с посадочной массой mпос подходит к земле с некоторой вертикальной скоростью Vy. Кинетическая энергия вертикального движения самолета

А = (mпос Vy2)/2 должна быть поглощена в процессе соударения с землей теми частями самолета, которые деформируются под действием ударных нагрузок. За счет этих деформаций центр масс самолета опускается вниз к земле или, можно считать, что колеса перемещаются относительно центра масс самолета вверх под действием вертикальной реакции земли P. В конце удара вертикальная скорость самолета падает до нуля, силы реакции земли возрастают до максимальной величины Рmax, а работа этих сил на полном перемещении колес относительно центра масс самолета Нmax будет равна полной кинетической энергии удара А. Величина Рmax определяет перегрузку и расчетные нагрузки для всех элементов самолета при посадке. Для их

уменьшения всегда желательно снижать величину Рmax, а это возможно только за счет увеличения перемещения Нmax в процессе соударения самолета с землей. С этой целью в конструкцию шасси включают специальные элементы - амортизаторы, основное назначение которых заключается в увеличении деформаций опор самолета и увеличения Hmax. Кроме амортизаторов, на перемещение центра масс самолета при ударе существенно влияют деформации пневматиков колес. Упругие деформации конструкции - крыла, фюзеляжа и пр. мало влияют на перемещение Hmax и ими обычно пренебрегают.

Таким образом, основным свойством, которым должен обладать амортизатор, является его упругость - способность деформироваться под нагрузкой.

В процессе удара пневматики колес и амортизаторы, деформируясь, поглощают (аккумулируют) всю энергию удара А. В конце удара, когда скорость Vy полностью погашена, сила Рmax, действуя на самолет, начинает перемещать его вверх и возвращать накопленную в пневматиках и амортизаторах энергию обратно самолету. Энергия, накопленная пневматиками, практически полностью возвращается самолету на обратном ходе. Если бы и амортизаторы всю накопленную энергию возвращали самолету на обратном ходе, то самолет снова отрывался бы от земли и совершал бы такие подскоки достаточно долго. Чтобы этого не происходило, в конструкции амортизатора обязательно предусматривается возможность уменьшения усилий, а, следовательно, и возвращаемой самолету на обратном ходе энергии.

В результате - амортизатор часть энергии удара рассеивает, превращая ее обычно в теплоту, полностью исключая повторные подскоки самолета при посадке.

Отсюда следует, что вторым важнейшим свойством амортизатора является его способность рассеивать энергию удара, превращая ее в тепло.

Упругие свойства амортизатора обеспечиваются включением в его конструкцию специальных упругих тел или элементов - резины, стальных пружин, рессор, газа, жидкости. По удельной (на единицу массы) энергоемкости наиболее выгодными из них являются газ и жидкость, которые используются в жидкостно-газовых и жидкостных амортизаторах, получивших самое широкое применение на современных самолетах. Жидкость в этих амортизаторах обеспечивает рассеивание энергии за счет ее перетекания с большим сопротивлением из одной полости в другую, что сопровождается нагревом жидкости и переводом механической энергии в тепловую.

Жидкостно-газовый амортизатор.

Основными элементами жидкостно-газового амортизатора являются цилиндр 1, поступательно перемещающийся в нем шток 2, плунжер 3, профилированная игла 4, клапан торможения 6, пакет уплотнений 7, обеспечивающий герметизацию внутреннего объема амортизатора. Шток опирается на цилиндр бронзовыми буксами. Верхняя букса 5 связана со штоком и перемещается вместе с ним, а нижняя закреплена неподвижно в нижней части цилиндра. Амортизатор через специальные клапаны заливается до определенного уровня жидкостью и заряжается сжатым азотом до начального давления ро.

При действии сжимающих нагрузок шток входит в цилиндр, объем газовой камеры уменьшается, а давление в ней и нагрузка на штоке возрастают. Жидкость из нижней полости штока перетекает в верхнюю полость цилиндра через кольцевую щель между иглой и плунжером, испытывая при этом большое сопротивление. Далее жидкость через отверстия в буксе 5 проходит в кольцевую полость между штоком и цилиндром. Кольцевой клапан 6 при этом опускается вниз и открывает свободный проход для жидкости. Приложенная к штоку сила Р на прямом ходе затрачивается на сжатие газа Рг, преодоление сил сопротивления перетеканию жидкости Рж, сил трения в буксах и уплотнениях Рт и сил инерции Рин движущихся со штоком элементов.

Рп.х. = Рг + Рж + Рт + Рин.

Работа сил инерции невелика и ими можно пренебречь.

На рисунке показан характер изменения перечисленных сил в зависимости от перемещения штока d при обжатии амортизатора.

Давление газа и сила Рг определяются политропой с показателем к = 1,1 - 1, 2. Рго - сила, создаваемая давлением начальной зарядки амортизатора. Сила сопротивления перетеканию жидкости прямо пропорциональна квадрату отношения скорости штока к площади проходных отверстий для жидкости.

Заштрихованные на этом рисунке площади показывают величины энергии, поглощенной каждой из перечисленных сил.

Полная работа, поглощенная амортизатором, равна сумме А = Аг + Аж + Ат.

Ее можно выразить через максимальные усилие Рmax и перемещение штока dmax

Работа сил трения и жидкости превращается в теплоту и рассеивается, а работа, затраченная на сжатие газа, аккумулируется и возвращается самолету на обратном ходе. При обратном ходе штока, который происходит с меньшей скоростью, жидкость перетекает в обратном направлении. Кольцевой клапан поднимается жидкостью вверх и резко уменьшает площадь проходных отверстий в буксе 5, что обеспечивает рассеивание энергии на обратном ходе. Изменение усилия Рг на обратном ходе происходит по той же самой политропе, что и на прямом ходе. Силы трения и сопротивления жидкости вычитаются из усилий, создаваемых газом Р = Рг - Рж - Рт.

Работа сил трения и сопротивления жидкости и на обратном ходе переходит в тепловую и рассеивается.

На диаграмме работы амортизатора площадь между кривыми прямого и обратного хода показывает полную рассеянную амортизатором работу DА = А1 - А2 (петля гистерезиса). У современных амортизаторов полная рассеянная работа составляет 50 - 60 % от поглощенной на прямом ходе энергии А1.

Полная поглащенная энергия удара при посадке Адеф. при опускании центра масс самолета на величину Нэ за счет деформаций амортизатора, пневматиков колес и конструкции определит максимальную нагрузку на колеса SРкэ.

При грубой посадке с повышенными вертикальными скоростями сопротивление жидкости резко возрастает, что приводит к увеличению расчетных нагрузок на амортизаторе - появлению пиковых перегрузок (f). Для устранения этого недостатка были разработаны двухкамерные жидкостно-газовые амортизаторы.

Двухкамерный жидкостно-газовый амортизатор.

Параметры амортизатора определяются исходя из расчетной вертикальной скорости Vy и соответствующей ей энергии удара при посадке. Однако большая часть посадок, выполняемых опытными летчиками, происходит со скоростями Vy, значительно меньшими расчетной. В этом случае желательно иметь более мягкий амортизатор, который обеспечит меньшие нагрузки при посадке. С этой целью желательно снижать давление начальной зарядки амортизатора ро. Обычно оно соответствует усилию, равному 0,5 - 0,6 от стояночной нагрузки. Дальнейшее уменьшение ро снижает запас энергоемкости амортизатора на разбеге, когда нагрузка на колеса максимальна и мягкий амортизатор будет сильно обжат. Компромиссное решение можно получить, используя двухкамерный амортизатор.

В таком амортизаторе создается две газовых камеры, заряженных разными начальными давлениями - камера низкого (Н) и камера высокого (В) давления. В начальный момент обжатия амортизатора в работу вступает камера низкого давления, а когда в ней давление станет равным давлению зарядки второй камеры, начинают работать обе камеры совместно. За счет увеличения общего объема сжимаемого газа политропа обжатия становится более пологой. В двухкамерном амортизаторе давление зарядки в первой камере (Н) можно снизить до 0,1 - 0,15 от стояночной нагрузки и получить очень мягкий амортизатор при посадке. Если стояночную нагрузку на разбеге выбрать близкой к нагрузке в точке перелома политропы, то за счет ее малого наклона за точкой перелома можно получить достаточный запас энергоемкости амортизатора на разбеге и пробеге для поглощения ударных нагрузок при наезде на неровности, особенно на большой скорости в конце разбега.

Диаграммы работы двухкамерного амортизатора показаны на рисунках, на которых сохранены те же обозначения, что и в предыдущем разделе. На этих диаграммах Рст.взл - обозначена стояночная нагрузка на амортизатор при взлетной массе самолета.

Дата добавления: 2014-12-08