Конструкция и проектирование летательных аппаратов. Шасси


Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ




Е.Г. ПОДРУЖИН, В.М. СТЕПАНОВ

КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
ШАССИ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия






НОВОСИБИРСК

2014

УДК 629.7.027(075.8)
      П445
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент А.Н. Пель, канд. техн. наук А.Ю. Мазутский
       Подружил Е.Г.
П445 Конструкция и проектирование летательных аппаратов. Шасси: учеб. пособие / Е.Г. Подружин, В.М. Степанов. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014.-68 с.
          ISBN 978-5-7782-2411-7
          Приведены описания конструкций шасси реальных самолетов, серийно выпускавшихся отечественной авиапромышленностью: МиГ-15 УТИ, МиГ-19, Су-7Б, Су-25. На примере этих летательных аппаратов проанализированы и описаны конструктивно-силовые, кинематические схемы убирающихся стоек шасси, компоновочные решения, применявшиеся в конструкциях материалы. Рассмотрены амортизирующие устройства шасси. Помимо использования в учебном курсе «Конструкция и проектирование летательных аппаратов» пособие будет полезным при выполнении курсовых и дипломных проектов, связанных с проектированием самолетов, поскольку содержит обширный материал, касающийся испытанных практикой схемных решений, примеры конструктивного исполнения наиболее ответственных узлов и агрегатов планера.
          Настоящее пособие поможет также студентам при лабораторных работах, отчет по которым необходимо выполнять в виде технического описания конструкции и работы агрегатов в соответствии с требованиями ЕСКД. Все эскизы следует- выполнять в масштабе, от руки на миллиметровке либо с использованием графических пакетов (например, Solid Work, AutoCAD, Компас и т. п.).
          Кроме книг, указанных в библиографическом списке, необходимо пользоваться техническими описаниями самолетов МиГ-19, МиГ-15, Су-7Б, Су-25.

Подружил Евгении Герасимович Степанов Владимир Михайлович
КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ. ШАССИ
Учебное пособие
Редактор ИЛ Кескевич Выпускающий редактор ИИ. Брованова Корректор И. Е. Семенова Дизайн обложки А.Б. Ладыжская Компьютерная верстка СИ. Ткачева


         Подписано в печать 13.03.2014. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 200 экз. Уч.-изд. л. 3,95. Печ. л. 4,25. Изд. № 369/13. Заказ № 392. Цена договорная


Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
УДК 629.7.027(075.8)
ISBN 978-5-7782-2411-7                        © Подружин Е.Г., Степанов В.М., 2014
© Новосибирский государственный технический университет, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ


Общие указания...................................................4
Назначение и требования к шасси. Схемы шасси.....................4
Нагружение шасси................................................17
Амортизаторы шасси..............................................19
Тормозные устройства............................................32
Явление шимми...................................................35

Шасси самолета МиГ-15............................................38
Шасси самолета МиГ-19............................................46
Шасси самолета Су-7Б.............................................48
Шасси самолета Су-25 - описание и работа.........................51
Основные опоры самолета Су-25 - описание и работа................54
Передняя опора самолета Су-25 - описание и работа................63
Библиографический список.........................................68

            ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ


   При изучении конструкций и составлении описания следует обратить внимание:
   •    на конструктивно-силовые схемы взлетно-посадочных устройств, их исполнение и работу;
   •    тип, конструктивное исполнение и работу амортизаторов;
   •    тип, конструктивное исполнение и работу тормозных устройств;
   •    причины возникновения и меры борьбы с явлением «шимми».
   Приводится расчет нагружения элементов заданной стойки шасси на один из расчетных случаев с построением эпюр изгибающих моментов (Л/изг), перерезывающих и сжимающих (растягивающих) сил (Q ,N).


            НАЗНАЧЕНИЕ И ТРЕБОВАНИЯ К ШАССИ СХЕМЫ ШАССИ


   Шасси самолета представляет собой систему опор, обеспечивающих разбег самолета при взлете, пробег при посадке, а также передвижение по аэродрому. Для уменьшения действующих на аппарат перегрузок в конструкции опор предусмотрены амортизаторы и пневматики колес.
   Шасси включает: опорные элементы - лыжи, колеса; амортизаторы и тормозные устройства.
   Наряду с общими требованиями (прочность, жесткость, живучесть и минимальное лобовое сопротивление) шасси должно обеспечивать:
   1)    заданную проходимость при достаточной устойчивости и управляемости (глубина колеи на грунтовом аэродроме должна быть не более 5...8 см);


4

   2)    постоянство колеи и минимальное смещение колес вдоль оси самолета при обжатии амортизаторов;
   3)    минимальное смещение центра тяжести самолета при выпуске и уборке шасси;
   4)    зазор между планером или лопастями винтов и землей при полностью обжатых амортизаторах >160 мм;
   5)    поглощение нормированной эксплуатационной работы;
   6)    плавное и эффективное торможение;
   7)    выпуск и уборку шасси за 6...12 с на легких и за 12...15 с на тяжелых самолетах.
   Кроме этого, шасси должно иметь механизм аварийного выпуска, надежную фиксацию замками в убранном и выпущенном положениях, сигнализацию контроля положений стоек, минимальный вес (не более 3...6% веса самолета).
   На современных самолетах используются разнообразные схемы взлетно-посадочных устройств.
   1.    Трехопорная с хвостовой опорой (рис. 1, а). Основная нагрузка приходится на две главные стойки, расположенные впереди центра тяжести самолета. В связи с недостаточной путевой устойчивостью и возможностью капотирования самолета в настоящее время применяется лишь на легких и спортивных самолетах (Як-50, Як-18, Су-26 И т. д.)
   2.    Трехопорная с передним расположением третьей опоры (рис. 1, в). Основная нагрузка (80...85 %) приходится на главные стойки, расположенные позади центра тяжести самолета. Эта схема используется для большинства самолетов (Ту-204, Ил-96, А-320, Конкорд, Ту-95 и т. д.).
   3.    Велосипедная (рис. 1, б) имеет две основные фюзеляжные стойки, воспринимающие всю нагрузку, и две подкрыльные, поддерживающие самолет на стоянке и при рулении. Нагрузка между стойками распределяется или в основном на заднюю (до 80 %), или почти равномерно (40 % - на переднюю и 60 % - на заднюю).
   4.    Многоопорная схема (рис. 2). Большую часть нагрузки здесь воспринимают основные стойки, количество которых больше двух и может быть четным и нечетным. Такой тип шасси используют на тяжелых самолетах (Ан-124, Ан-125, Ил-86, Boeing-747 и т. д.).

5

Рис. 1. Схемы и параметры шасси:

а - трехопорная с хвостовой опорой; б - велосипедная; в - трехопорная с носовой опорой

6

М

ц.м.<

л л





                Л«- ОО л
                да л





Рис. 2. Схемы многоопорного шасси
   Трехопорное шасси с носовым колесом и велосипедное шасси нашли широкое применение для большинства самолетов, так как эти схемы обладают рядом преимуществ.
   1.     Возможны посадки на Су ₘᵢₙ с большой скоростью (скоростная - при малом угле атаки), при этом опускание носа самолета не приводит к взмыванию самолета («козление»), что невозможно при трехопорной схеме с хвостовым колесом.
   2.     Наиболее простая (по сравнению с другими схемами) техника взлета-посадки для трехопорного шасси с носовым колесом.
   3.     Сокращается длина разбега при взлете и пробега при посадке за счет минимального лобового сопротивления и эффективного торможения.
   4.     Близкое к горизонтальному положение оси самолета на стоянке и при передвижении по земле создает значительные удобства для пассажиров и улучшает обзор летчику.
   5.    Упрощается посадка при боковом ветре.
   6.     За счет расположения центра тяжести между передней и главными опорами исключается капотирование самолета.
   7.    Курсовая устойчивость при движении самолета по земле.
   Однако трехопорной схеме присущи и недостатки.
   1.     Большая нагрузка на переднее колесо, а следовательно, и большой вес передней опоры.
   2.     Возможность появления самовозбуждающихся колебаний (шимми) ориентируемых передних колес.

7

   При велосипедной схеме шасси:
   1)     необходима установка крыльевых опор для обеспечения устойчивости самолета на стоянке и разворотах (велосипедное шасси);
   2)     при удалении главной опоры велосипедного шасси от центра тяжести неизбежно усложняется конструкция шасси.
   Последний факт обусловлен применением специальных устройств, позволяющих сократить длину разбега за счет увеличения угла атаки непосредственно перед взлетом (разбег самолета производится на нулевом или близком к нулю угле атаки, чем достигается снижение лобового сопротивления). Это может быть поворотное крыло (изменяющее угол атаки в момент взлета), устройства для увеличения длины передней стойки шасси (вздыбливание) или уменьшения длины задней (просаживание). Например, на самолете ЗМ конструкции В.М. Мясищева был применен механизм вздыбливания передней стойки (рис. З), а на самолете Як-28Б (последние модификации) - механизм проседания задней опоры.


Рис. 3. Велосипедное шасси самолета ЗМ конструкции В.М. Мясищева

   Опору шасси современного сухопутного самолета составляют следующие конструктивные элементы, устройства и механизмы:
   •     опорный элемент, передающий на землю вес самолета и обеспечивающий движение самолета по земле (колесо, лыжа, гусеничное приспособление и т. д.);


8

   •     стойка шасси - часть опоры самолета, представляющая собой основной силовой элемент опоры;
   •     амортизирующие устройства для поглощения кинетической энергии самолета в момент приземления и при движении по аэродрому;
   •    механизмы уборки и выпуска шасси;
   •     замки, фиксирующие шасси в убранном и выпущенном положении;
   •     различные конструктивно-силовые элементы и узлы (демпферы, механизмы ориентации и разворота).
   По типу опорных элементов различают колесное, лыжное, гусеничное и комбинированное шасси.
   Колесное шасси. Создает незначительное сопротивление при взлете и большее при посадке. Применение пневматиков улучшает амортизацию. Достоинствами такого шасси являются хорошая управляемость и малое сопротивление при движении самолета по земле.
   К недостаткам следует отнести сложность конструкции колес, большие габариты и вес, что затрудняет уборку, большое давление на грунт, что ухудшает проходимость самолета. Недостаточный ресурс резинокордовых протекторов, особенно при высоких температурах наружного воздуха, зависимость сопротивления движению самолета по земле от состояния поверхности аэродрома, также следует отметить как недостатки колесных шасси.
   Лыжное шасси (рис. 4). Применяется на самолетах, предназначенных для эксплуатации с аэродромов со снежным, травяным и реже бетонным покрытием. По сравнению с колесным шасси оно имеет следующие преимущества:
   1) меньший вес (~50 %);
   2)     упрощен механизм уборки и выпуска шасси, необходимы меньшие объемы и вырезы для размещения в убранном положении;
   3)     позволяет производить взлет с мягкого, даже топкого грунта, допускает посадку на воду;
   4)  простота конструкции и дешевизна в производстве;
   5)  большая надежность лыжи повышает безопасность посадки.
   К недостаткам самолетов с лыжным шасси можно отнести:
   1) плохую маневренность при движении самолета по земле;
   2)  увеличенную длину разбега;
   3)     существенное изменение коэффициента трения скольжения в зависимости от скорости движения (от 0,6...0,8 в начале разбега до

9

0,1...0,2 в конце), что требует большей тяговооруженности при разбеге и увеличивает расход топлива;
   4)    резкое возрастание давления на грунт в момент посадки и при переезде через неровности аэродрома, что существенно увеличивает действующие лобовые силы;
   5)    увеличение длины пробега при посадке из-за меньшего значения коэффициента трения скользящего шасси по сравнению с заторможенными колесами.


Рис. 4. Опытный самолет С-26 (П.О. Сухого), оборудованный лыжным шасси (базовый самолет - Су-7)

   Последний недостаток может быть частично устранен применением плужков, зарывающихся в грунт на пробеге, и небольшим разворотом лыж. Однако это приводит к порче аэродрома.
   Гусеничное шасси (рис. 5, а). Снижает удельное давление на грунт (в три-четыре раза), обеспечивает высокую проходимость, но сложность конструкции, большие габариты, вес и малая надежность ограничили применение этой конструкции.
   Комбинированное шасси. Может иметь все опоры с колесом и лыжей (рис. 5, б) или одни опоры снабжаются только лыжами, другие - только колесами.
   Шасси на воздушной подушке. Шасси на воздушной подушке (ШВП) позволяет самолетам взлетать и садиться на грунт и воду (рис. 6). Попытка применить такое шасси в нашей стране была сделана на самолете-амфибии ВВА-14 (конструкции Р.Л. Бартини). Однако из


10

стадии опытной эксплуатации самолеты с подобным шасси не вышли как в нашей стране, так и за рубежом. Связано это с рядом технических проблем, возникающих при эксплуатации такого шасси.


Рис. 5. Гусеничное шасси (а); комбинированное колесно-лыжное шасси (б)

Pwc. 6. Самолет-амфибия ВВА-14 конструкции Р.Л. Бартини (70-е годы XX века)

   Конструктивно-силовые схемы стоек шасси. По способу восприятия и передачи нагрузок стойки обычно разделяют на балочные, балочно-подкосные, ферменно-балочные и ферменные (рис. 7). По схеме расположения амортизатора - на телескопические и рычажные с встроенным амортизатором и вынесенным амортизатором. По количе


11