Энергия, поглощаемая амортизацией

 

Амортизационная система самолета должна быть рассчитана на поглощение эксплуатационной и максимальной энергии.

Эксплуатационная энергия для легкого самолета по АП-23 определяется при максимальной расчетной массе вертикальной скоростью снижения

м/с,

где m – масса, кг,

S – площадь крыла, м².

Скорость V_y не может быть меньше 2,15 м/с и не должна превышать 3,05м/с.

Подъемная сила крыла в течение удара не превышает 2/3 силы тяжести самолета.

Максимальная энергия равна 1,5 эксплуатационной энергии. Вертикальная скорость определяется при расчетной посадочной массе самолета.

Полная энергия, поглощаемая амортизацией, равна сумме эксплуатационной или максимальной энергии, работы силы тяжести (минус подъемная сила крыла) на вертикальном перемещении при обжатии стоек шасси и работы сил торможения колес на горизонтальном перемещении при обжатии стоек шасси.

Для самолетов транспортной категории по АП-25 вертикальная скорость удара при расчетной посадочной массе

,

где V_V = 1,5 м/с – вертикальная составляющая скорости самолета,

α_ВПП – величина местного встречного уклона взлетно-посадочной полосы:

α_ВПП = 0,025 для аэродромов с искусственным покрытием,

α_ВПП = 0,035 для грунтовых взлетно-посадочных полос.

Скорость не может быть меньше 3,05 м/с.

Во время действия удара подъемная сила для самолетов транспортной категории равна силе тяжести.

Максимальная энергия при расчетной посадочной массе определяется для скорости 1,225 .

Эксплуатационная энергия при расчетной взлетной массе определяется при скорости снижения 0,8 .

 

Нагрузка на шасси

 

Для расчета деталей конструкции шасси и узлов крепления шасси к самолету нужно определить максимальные нагрузки на шасси.

Вертикальная нагрузка на шасси зависит от поглощаемой энергии, жесткости амортизатора (величины усилия при заданном обжатии), демпфирующих свойств амортизатора (зависимости усилия от скорости обжатия) и от кинематической схемы шасси.

Чем больше величина обжатия шасси, тем меньше вертикальная нагрузка при поглощении энергии удара.

Рассмотрим телескопическую стойку шасси. На нее приходится часть массы самолета m₁, которая движется с вертикальной скоростью V_y0. Величина обжатия стойки Y. Сила обжатия стойки

,

где с – жесткость стойки.

Уравнение движения самолета

где Y₁ – часть подъемной силы,

приходящаяся на массу m₁, Y₁ = n_кm₁g.

- перегрузка, создаваемая подъемной силой.

Уравнение движения самолета

Решение уравнения равно сумме общего и частного решения:

,

где - частота собственных колебаний самолета на амортизаторах шасси.

Скорость .

Неизвестные y₀ и t₀ можно найти из начальных условий:

 

При t = 0 y = 0

V_y = V_y0

Поделив первое уравнение на второе,

получим

Амплитуда колебаний

Если подъемная сила крыла полностью уравновешивает силу тяжести, то n_к=1.

Максимальное обжатие стойки равно амплитуде колебаний

Если подъемная сила крыла не уравновешивает силу тяжести, то вертикальная скорость после касания полосы сначала увеличивается до максимальной, а затем гасится до нуля. Величина максимального обжатия стойки будет больше, и энергия, которую должна поглотить амортизация, будет больше кинетической энергии вертикального движения самолета.

 

Раскрутка колес

В момент касания полосы колеса не вращаются. После касания амортизация начинает обжиматься, и на колесо действует вертикальная сила Р_у, которая постепенно увеличивается. При этом колесо скользит по полосе, и на него действует сила трения , где f – коэффициент трения.

Под действием этой силы колесо начинает раскручиваться. Сила трения будет действовать до тех пор, пока колесо не раскрутится до скорости самолета.

Окружная скорость колеса

,

где ω – угловая скорость вращения колеса,

R – радиус колеса.

Уравнение движения колеса

,

где J – момент инерции колеса.

Подставим вместо ω окружную скорость V_x:

 

Решая это уравнение совместно с уравнением обжатия стойки, можно найти, при какой силе обжатия стойки Р_у колесо раскрутится до скорости движения самолета, и какая при этом будет максимальная сила трения, действующая на стойку.

 

 

Нагрузки при посадке

 

Для горизонтальной посадки и посадки с опущенным хвостом принимается, что самолет находится в следующих положениях:

Самолеты с хвостовыми опорами – в обычном положении горизонтального полета и в положении, когда основные и хвостовые колеса касаются земли одновременно.

Самолет с носовой опорой – в двух положениях:

- носовое и основные колеса касаются земли одновременно;

- основные колеса касаются земли, а носовое колесо приподнято над землей;

- в положении сваливания или с максимальным углом, допускаемым клиренсом до земли.

Должны учитываться:

вертикальные реакции земли;

усилия раскрутки колес;

упругая отдача после прекращения раскрутки колес.

 

1. При расчете условий поглощения эксплуатационной энергии принимаются значения коэффициента трения, равные 0,8 и 0.

2. При расчете условий поглощения максимальной энергии принимаются значения коэффициента трения, равные 0,5 и 0.

3. При расчете на максимальную нагрузку должна учитываться лобовая нагрузка, равная нулю и равная 25% от вертикальной нагрузки.

4. Для случая максимальной нагрузки упругой отдачи после раскрутки колеса продольные нагрузки должны сочетаться с вертикальными реакциями земли, которые действуют в момент максимума нагрузки, направленной вперед.

5. При посадке на одно колесо – действие максимальной вертикальной нагрузки и продольной нагрузки в 25% от вертикальной.

6. При вертикальной перегрузке 1,33 при одинаковых нагрузках на основные колеса боковая нагрузка в 0,5 силы тяжести действует на одну стойку в сторону оси симметрии и 0,33 силы тяжести на другую стойку в направлении от оси симметрии. Боковые нагрузки действуют в точках контакта с землей.

Для носовой стойки боковая нагрузка равна 0,33 вертикальной при поглощении эксплуатационной энергии и 0,25 при поглощении максимальной энергии.

Коэффициент безопасности при поглощении максимальной энергии принимается не менее 1,1.

 

Обратный удар при посадке

 

Во время отскока на подвижные части стоек шасси в их максимально выдвинутом положении действует перегрузка 20.

 

Качение с торможением

 

Эксплуатационная вертикальная перегрузка 1,33, но вертикальная реакция на колесо не меньше 75% максимальной. Лобовая нагрузка соответствует коэффициенту трения 0,8, но не превышает значения, соответствующего эксплуатационному тормозному моменту.

 

Реверсивное торможение

 

Самолет стоит на трех точках. Максимальные горизонтальные нагрузки, направленные вперед, составляют 0,55 от вертикальных, но не больше, чем при действии 1,2 максимального статического тормозного момента.

 

Разворот

 

При вертикальной перегрузке 1 на каждое колесо действует боковая нагрузка, равная 0,5 от вертикальной.