Нагрузка на шасси самолета при посадке

Обновлено: 05.10.2024

Шасси самолета предназначено для стоянки и передвижения по земле. Оно обычно снабжается амортизаторами, поглощающими энергию ударов при посадке самолета и при передвижении его по земле, и тормозами, обеспечивающими торможение самолета при пробеге и рулении. Помимо колесного шасси, самолеты могут быть оборудованы лыжами, поплавками (гидросамолеты), гусеницами (самолеты повышенной проходимости).

Сравнительная оценка различных схем шасси

Для устойчивого положения самолета на земле необходимы минимум три опоры. В зависимости от расположения главных и вспомогательных опор относительно центра тяжести самолета различают следующие основные схемы: с хвостовой опорой, с передней опорой и велосипедного типа. Самолеты, оснащенные шасси с хвостовой опорой, имеют главные опоры впереди центра тяжести самолета, расположенные симметрично относительно его продольной оси, а хвостовую опору — позади центра тяжести (рис. 72, а).

У самолета, оснащенного шасси с передней опорой, главные опоры (ноги) расположены позади центра тяжести самолета симметрично относительно его продольной оси; передняя опора расположена в плоскости симметрии самолета, впереди центра тяжести (рис. 72, б).

У самолетов с шасси велосипедного типа обычно центр тяжести находится примерно на равном расстоянии от колес или колесных тележек, которые располагаются в продольной плоскости самолета одно позади другого (рис. 72, в). Боковые опоры, расположенные на концах крыла, ударную нагрузку при посадке и взлете не воспринимают.

Шасси велосипедного типа применяются на скоростных самолетах, поскольку убирать шасси в тонкие крылья стало невозможным (шасси убирается в фюзеляж, а небольшие боковые опоры — в крыло).

Наибольшее распространение на современных самолетах получило трехопорное шасси с носовой опорой, что объясняется рядом преимуществ, которые получает самолет, оснащенный таким шасси.

К достоинствам указанной схемы шасси относятся:

горизонтальное положение оси фюзеляжа обеспечивает хороший обзор экипажу, создает удобства для пассажиров, облегчает загрузку самолета тяжелыми грузами, позволяет размещать реактивные двигатели горизонтально, при этом газовая струя не разрушает покрытия аэродрома; обеспечивает самолету хорошую устойчивость при пробеге и разбеге.

Основные части и силовые схемы шасси

Основными частями ноги шасси являются: колеса (на главных опорах обычно тормозные), лыжи или гусеницы, амортизатор, боковые, задние или передние подкосы, замки, запирающие ногу в

выпущенном или убранном положенин, подъемник, обеспечивающий уборку и выпуск ноги.

Шасси неубирающегося типа, в настоящее время применяемое редко, подъемника и замков не имеет.

По конструктивно-силовым схемам шасси можно разделить на ферменные, балочные и ферменно-балочные.

Конструкцию ферменного шасси (рис. 75) образует пространственная ферма, к которой крепится ось колес. Стержни фермы, в число которых входит и амортизационная стойка, воспринимают усилия сжатия и растяжения. Несмотря на малый вес и конструктивную простоту, ферменное шасси в настоящее время применяется редко и только на самолетах малых скоростей, так как уборка та

кого шасси чрезвычайно затруднена.

Балочное шасси (рис. 76) представляет собой консольную балку с верхним концом, заделанным в конструкцию крыла или фюзеляжа. На нижнем конце балки крепится колесо или лыжа. Стойка шасси под действием силы реакции земли работает па сжатие и изгиб. Максимальный изгибающий момент будет в узле крепления, поэтому узел крепления стойки к самолету должен быть достаточно мощным.

Ферменно-балочное шасси (рис. 77) состоит из одной (одностоечное) или двух (двухстоечное) консольных балок, подкрепленных подкосами. Установка подкосов разгружает стойку от изгибающих моментов, боковой подкос — от момента, создаваемого боковой силой, а передний или задний — от момента силы, направленной вдоль оси самолета.

В современной авиации ферменно-балочные шасси получили наибольшее распространение.

Для самолетов с большим полетным весом серьезной проблемой становится проблема уменьшения удельной нагрузки на грунт, так как проходимость самолета по грунту обратно пропорциональна удельному давлению на опорную поверхность шасси. С увеличением числа колес шасси опорная поверхность увеличивается. Поэтому широкое применение получили шасси со спаренным креплением колес на тележке. Наибольшее распространение получили многоколесные тележки с числом колес от четырех до восьми и более. Встречаются самолеты, которые для увеличения проходимости шасси имеют несколько колес, расположенных вдоль фюзеляжа в один или два ряда.

Широкое применение в последние годы получило шасси с рычажной подвеской колес. У такого шасси ось колеса располагается не непосредственно на амортизационной стойке, а на конце вильчатого рычага (см. рис. 76), который к жесткой стойке прикреплен шарнирно.

С подвижной деталью амортизатора (его штоком) вильчатый рычаг соединяется также шарнирно с помощью шатуна. Благодаря шарнирному соединению амортизатор воспринимает только осевые нагрузки и изгиб штока амортизатора таким образом исключается. Рычажная подвеска позволяет амортизировать не только вертикальные, но и горизонтальные силы. За счет рычажной подвески можно значительно уменьшить потребный ход амортизатора и уменьшить высоту стоек шасси.

Шасси самолета может быть убирающимся в полете и неубираюшимся. Очевидно, что конструкция убирающегося шасси значительно сложнее неубирающегося, первое имеет также больший вес за счет механизмов подъема и выпуска как самих шасси, так и створок отсеков и люков, предназначенных для убранного шасси, замков и сигнализации убранного и выпущенного положений. В то же время аэродинамическое сопротивление самолета, совершающего полет с убранным шасси, уменьшается на 20—35% но сравнению с самолетом, шасси которого не убирается. Считают, что для самолетов, у которых удельная нагрузка на крыло превышает 100 кГ/м 2 , выгодно применять убирающееся шасси.

Шасси можно убрать в крыло, гондолы двигателей и в фюзеляж. Иногда для уборки главных ног шасси используются специальные гондолы, расположенные на крыле.

Подкосы и фермы шасси

Лобовые и боковые нагрузки, действующие на ногу шасси, а также скручивающие моменты, которые возникают при разворотах самолета на земле, воспринимаются узлами крепления стойки к самолету и подкосами или фермами.

Фермы свариваются или собираются на болтах из стальных труб и реже из профилей. К фермам присоединяются узлы крепления к фюзеляжу или крылу, амортизационным стойкам, а в некоторых случаях — узлы для крепления подъемников, обеспечивающих уборку и выпуск шасси.

Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Всем привет. В продолжение темы описания авиационных систем "для чайников" (тут и тут), я подготовил новый текст про шасси и колёсные тормоза самолётов.

Система колёс, на которые опирается самолёт при движении по земле, называется шасси. В современных авиалайнерах используется трёхстоечная система шасси с двумя основными стойками, расположенными под крылом позади центра тяжести и одной передней стойкой, расположенной в носу самолёта. Основные стойки шасси оснащаются тормозами, а передняя стойка делается поворотной, чтобы самолет мог маневрировать при движении по земле.

На больших самолетах типа Аirbus 380 или Boeing 747 в дополнение к основным стойкам делают вспомогательные, чтобы распределить значительный вес гигантского самолета. На всех стойках шасси установлены амортизаторы. Принцип действия и назначение которых похожи на автомобильные, но основная задача — смягчить перегрузки на посадке, чтобы нагрузки на узлы самолёта не превышали допустимых. .

1. Поворотная носовая стойка

Кроме распределения веса самолета, носовая стойка поворачивается влево-вправо, чтобы самолет мог маневрировать при движении на земле.

Поворотом носовой стойки можно управлять двумя способами:

С помощью педалей управления рулём направления,
С помощью специальной ручки управления разворотом носовой стойки.

Управление поворотом носовой стойки с помощью педалей осуществляется на разбеге при взлёте и пробеге при посадке, когда скорость самолета достаточно велика. Одновременно, с помощью этих же педалей, летчик управляет отклонением руля направления.

картинка кликабельная

Предел отклонения носовой стойки при управлении от педалей специально ограничен, как правило это 10 градусов. Поворачивать на рулёжные дорожки, когда надо отклонять носовую стойку на углы порядка 50-70 градусов, не получится. На малых скоростях для руления используется ручка управления носовой стойкой.

Эта ручка используется только при рулёжке и автоматически отключается при больших скоростях движения.

картинка кликабельная

2. Основные опоры шасси и Колёсные тормоза

Основные опоры шасси представляют собой тележку, на которую навешиваются колеса, оснащённые тормозами.

Тормоза на самолёте похожи на автомобильные, только существенно мощнее, что не удивительно, т.к. им приходится тормозить машину массой 30-600 тонн со скоростей порядка 250 км/ч до нуля на ограниченной по длине взлётно-посадочной полосе (ВПП).

Самолётные тормоза состоят из "бутерброда" тормозных дисков и колодок.

Колёсные тормоза могут быть задействованы двумя разными способами: "вручную" и автоматически.

"Вручную" пилот тормозит педалями. Может возникнуть вопрос, как пилот умудряется педалями и носовой стойкой управлять и тормозить? Дело в том, что педали самолёта устроены совсем не так, как в автомобиле. Управление по направлению выполняется перемещением педалей вперёд-назад. При этом две педали двигаются синхронно: левая вперёд-правая назад и наоборот. Управление тормозами осуществляется нажатием на педаль. Каждую педаль можно нажимать отдельно, так называемое дифференциальное торможение — это ещё один из способов управления направлением движения по земле. Если левым тормозом пользоваться интенсивнее, чем правым, то и самолёт будет разворачивать влево и наоборот.

Автоматический режим торможения включается сам при наступлении определенного события. Таких событий может быть два:

Во время посадки: Одновременное касание полосы (срабатывание датчиков обжатия шасси) и нахождение ручек управления двигателями в положении "малый газ",
Во время взлёта: Перевод ручек управления двигателем из положения "взлётный режим" в положение "малый газ". Этот режим торможения называется "прерванный взлёт" (Rejected Takeoff, RTO)

Активировать/деактивировать режим автоторможения в самолётах Airbus и SSJ-100 лётчик может с помощью одной из четырёх кнопок под ручкой уборки-выпуска шасси (В Boeing для этого используется переключатель). Три кнопки (LOW, MED, MAX) соответствуют различным интенсивностям торможения при посадке, а четвертая (RTO) активирует режим прерванного взлёта.

С автоторможением при посадке всё очевидно. Давайте рассмотрим режим прерванного взлёта.

Прерванный взлёт — это режим, когда экипаж решает прекратить взлёт по причине существенного отказа. Прервать взлёт можно только до достижения "скорости принятия решения". Скорость принятия решения зависит от длины и состояния поверхности ВПП и рассчитывается исходя из возможности затормозить, не выкатившись за пределы ВПП. Если в процессе набора скорости неисправность происходит после достижения скорости принятия решения, экипаж продолжит взлёт, что бы не случилось. Если до — будет тормозить.

Перед каждым взлётом экипаж обязан активировать автоторможение. Скорость начала и интенсивность торможения при прерванном взлёте напрямую влияет на то, выкатится ли самолёт за пределы полосы или нет. Активированное автоторможение гарантирует, что торможение начнётся немедленно после вывода двигателей из взлётного режима.

Если прерывать взлёт приходится при максимальной взлётной массе и на предельной скорости, то несмотря на то, что кроме колёсных тормозов экипаж задействует реверс и воздушные тормоза, энергия, которую должны поглотить тормоза, разогревает их так, что они начинают светиться не хуже лампочки. После полной остановки самолёта работа тормозов не заканчивается. Они должны выдержать ещё не менее 90 секунд, прежде чем подожгут стойки шасси. По нормативам, что за 90 секунд к самолёту подоспеет пожарная команда, которая всегда дежурит в аэропортах (и успевает!).

Спасибо комментариям — напомнили об одной очень важной функции тормозов авиалайнера: антиблокировочной системе (АБС). Основное отличие АБС самолёта от таковой автомобиля заключается в последствиях блокировки колёс: если у автомобиля блокировка приводит к снижению управляемости и увеличению тормозного пути, то заблокированные колёса самолёта при посадке просто взрываются от трения об асфальт. А без покрышек основных стоек торможение не будет ни эффективным ни безопасным. Так что АБС на самолёте неотключаемая и довольно критическая функция.

3. Уборка — выпуск шасси

Кроме тормозов и управления носовой стойкой с шасси связана ещё одна важная функция — уборка/выпуск шасси. Управление уборкой-выпуском шасси в нормальном режиме осуществляется с помощью соответствующей ручки на приборной панели.

Вверх — убрать, вниз — выпустить. Кстати, можно не бояться случайно "сложить" стойки шасси, когда самолёт стоит на земле — в современных авиалайнерах предусмотрена блокировка от таких действий, когда шасси "обжаты" — амортизаторы находятся в сжатом состоянии под действием веса ЛА .

Для улучшения аэродинамических свойств ЛА ниши, в которых размещаются убранные шасси, закрываются створками, поэтому процедура нормальной уборки шасси выглядит примерно так:

Вычислитель снимает замки закрытого положения створок и подаёт команду на открытие створки
Створки полностью открыты и зафиксированы в открытом положении. Соответствующие датчики сообщают об этом вычислителю
Вычислитель открывает замки выпущенного положения стоек шасси и начинает их уборку.
Стойки полностью убраны и зафиксированы в закрытом положении. Соответствующие датчики сообщают об этом вычислителю
Вычислитель открывает замки открытого положения створок и начинает их закрывать
Створки полностью закрыты и зафиксированы в закрытом положении. Вычислитель фиксирует признак окончания уборки шасси

Весь процесс занимает 20-40 секунд. Если в процессе что-то идёт не так, то система прерывает процесс, т.к. есть вероятность что-то сломать. Нормальный выпуск шасси происходит в обратном порядке.

На случай неисправностей в системе уборки-выпуска предусмотрен особый порядок выпуска шасси — аварийный выпуск. Аварийный выпуск активируется кнопкой аварийного выпуска, расположенной под колпачком рядом с ручкой уборки-выпуска шасси. При аварийном выпуске средствами, не зависящими от вычислителя системы уборки-выпуска шасси, снимаются замки убранного положения стоек шасси и створок. Шасси вываливается под собственным весом. Массы каждой из стоек достаточно чтобы выломать створку, даже если та не откроется сама. На замки нижнего положения стойки также встают под действием собственного веса.

4. Датчики обжатия стоек шасси

Информация об обжатии стоек шасси, которые я упоминал выше, это очень нужная многим системам информация. Пожалуй, стоит перечислить кое-какие функции, зависящие от этого сигнала:

При появлении сигнала обжатия шасси:

При снятии сигнала обжатия шасси:

Параграф добавлен после прочтения комментариев: Датчики обжатия стоек шасси как правило выполняются многоканальными и располагаются на каждой из стоек. Данные с многочисленных датчиков собираются специальными устройствами, концентраторами данных. На основании полученных данных формируются сигналы об обжатии каждой из стоек и сигнал обжатия всех стоек. В логике работы описанных выше функций используются разные сигналы: для начала автоторможения достаточно сигналов обжатия двух основных стоек, а для включения режима тех. обслуживания надо чтобы были обжаты все три стойки. Но это уже другая история.

Бонус

Пока я готовил этот текст, решил для себя разобраться, почему на некоторых самолётах, например Boeing 757 тележка основных стоек шасси в полете наклонена так, что передние колёса находятся выше задних:

А на Boeing 767 наоборот, передние колеса ниже задних:

Как выяснилось всё дело в том, как спроектирована ниша, куда убираются стойки шасси, спасибо видео:

И, что самое любопытное, в военно-транспортном C5 Galaxy основные стойки шасси выпускаются в положении поперёк движения самолёта и только потом разворачиваются на 90 градусов в нужное положение.

В экспертной, авиационной и журналистской среде распространяется достаточная простая и понятная обывателю информация про неудачную посадку Суперджета в московском аэропорту, которая легко и просто объясняет причину разрушения самолёта. Причиной разрушения шасси самолёта объявили перегрузку в 5,85g при посадке самолёта, которая превышает максимально допустимую перегрузку в 3,75g и следовательно, делают выводы эксперты МАК из-за этого самолёт потерпел крушение. Во всём обвиняют пилотов, допустивших такую посадку.

Вот только перегрузки 5,85g никогда не было на основных стойках шасси садившегося SSJ-100 и соответственно на разрушение шасси она не влияла. Давайте разберёмся с процессом возникновения этой перегрузки.

Датчик перегрузки действительно зафиксировал пиковую перегрузку в 5,85g согласно графика выложенного МАК, однако эта перегрузка является следствием динамических процессов происходивших на передней стойке шасси.

Датчик перегрузки работает достаточно просто. Он фиксирует перемещение корпуса датчика относительно подвешенной на пружинах центральной части. Располагается он в центре масс самолёта, который в свою очередь находится в фюзеляже самолёта между передней стойкой шасси и основными задними стойками шасси. Центр масс самолёта смещён от носа самолёта к крыльям, где находятся тяжёлые топливные баки, сами крылья и прикладывается нагрузка от хвоста.

При штатной посадке самолёта когда касание полосы приходится на две точки опоры показания датчика правдивы и реальная перегрузка совпадает с показаниями датчика, однако во время второго касания полосы самолёт приземлился на три точки опоры с наклоном на нос, в таком случае на показания датчика влияет испытываемые передней стойкой шасси нагрузки.

Носовая часть в момент касания была расположена ниже центральной и хвостовой частей самолёта. Самолёт падал вниз и первой с поверхностью взлётно-посадочной полосы столкнулась носовая стойка шасси. Ещё до касания полосы задними шасси передняя стойка начала испытывать нагрузку и передавать её на носовую часть самолёта. Носовая часть стала подниматься вверх под действием реакции опоры. Корпус самолёта начал поворачиваться, корпус датчика перегрузок вслед за корпусом самолёта также начал смещаться вверх. Датчик зафиксировал перегрузку которая и составила 5,85g.

После того как полосы коснулись задние основные опоры шасси разворачивающий момент стал гаснуть, так как реакция со стороны задних опор шасси противодействовала разворачивающему моменту. Датчик перегрузок стал регистрировать сумму взаимодействия от разворачивающего момента передней стойки и реакции опоры задних стоек шасси.

После отрыва передней стойки шасси от полосы датчик перегрузок стал регистрировать правильные значения перегрузки задних опор шасси. Показания плавно уменьшались вплоть до взлёта.

График угловой скорости тангажа также показывает взаимосвязь изменения угла наклона самолёта и перегрузки. Перегрузка вызвана действием разворачивающего момента, а не гашением вертикальной скорости самолёта амортизацией стоек шасси.

Резкое увеличение тангажа, задирание носа самолёта вверх привело к росту перегрузки. После окончания задирания носа перегрузка упала до значений 1,5g, которые испытывали задние стойки шасси под весом самолёта.

Таким образом перегрузка 5,85g является мнимой и получилась в результате кинематического воздействия момента от реакции опоры передней стойки шасси. Датчик перегрузки зафиксировал не смещение самолёта вверх как и положено в случае фиксации перегрузки, а поворот самолёта вокруг оси проходящей через самолёт.

На шасси самолёта не оказывалась упомянутая в отчёте МАК критическая перегрузка 5,85g. Основные стойки шасси развалились под действием нагрузки которую должны были переваривать (1,5g вместо максимальных 3,75g), что говорит о конструкторских просчётах при проектировании шасси.

Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить разбор уязвимостей шасси SSJ-100. Если есть вопросы задавайте в комментариях.

Во-первых, самолетные шины заполнены азотом, а не сжатым воздухом, как у автомобилей. Дело в том, что самолет летит на высоте отрицательных температур. При снижении градус повышается, что приводит к появлению конденсата. Кроме того, в момент соприкосновения со взлетно-посадочной полосой шина разогревается до 260 градусов по Цельсию.

Благодаря азоту шины всегда сухие, без воды внутри и не могут замерзнуть. Также они не горючие.

Во-вторых, шины сконструированы хитрым образом, чтобы противостоять износу и разрыву. Они многослойные с прочным нейлоновым и арамидным шнуром, расположенным под каждым слоем протекторов. Каждый слой вносит способность выдерживать нагрузку и давление воздуха. Поэтому даже, если один слой повредится, в запасе есть еще несколько.

Также дополнительную прочность шинам придает давление, которое превышает в 7-8 раз давление, используемое в автомобильной шине.

Оказывается, в среднем, шины авиалайнера требуют замены примерно через 500 посадок и взлетов. Перед рейсом и после посадки шины тщательно осматривают и при необходимости меняют.

Читайте также: