1.2.2. Трехопорное шасси с передней опорой

Трехопорное шасси с передней опорой показанное на рис. 1.4, лишено недостатков, присущих схеме шасси с хвостовой опорой, так как ЦМ самолета расположен впереди основных опор, а передняя опора вынесена далеко вперед по отношению к ЦМ самолета.

Условие капотирования (1) для самолета с такой схемой шасси будет иметь вид

(2)

что при значении а, гораздо большем, чем значение е, сводит к минимуму вероят­ность капотирования даже при интенсивном торможении колес на основных опорах.

При посадке на основные опоры даже на повышенной скорости самолет с передней опорой имеет тенденцию к опусканию носа (ЦМ находится впереди основных опор) и к уменьшению угла атаки и подъемной силы. Это сводит к минимуму возможность взмывания самолета. При такой схеме шасси лучше обзор из кабины, меньше портится поверхность ВПП под действием струи выхлопных газов двигателей. Трехопорное шасси с передней опорой обладает хорошей путевой устойчивостью. На рис. 1.4, б приведена схема сил и моментов, действующих на самолет от опорных элементов. Восстанавливающий момент М_восст, возникающий при отклонении самолета от первоначального направления вдоль оси ВПП) при отсутствии силы Т', способен вернуть самолет к прежнему направлению.

М_вост= 2Те =2Р_осн ƒ_бок е= 2 ƒ_бок е = ƒ_боке (3)

З десь Gа/(2b) = Р_осн — нагрузка на основную опору; ƒ_бок — коэффициент скольжения вдоль оси Z, достигающий значений 0,7...0,8; остальные параметры шасси показаны на рис. 1.4, а, в.

Рис. 1.4. Трехопорная схема шасси с передней опорой:

а, в – параметры шасси; б – схема сил и моментов, действующих на самолет.

Для улучшения путевой устойчивости колеса передней опоры делают свободно ориентирующимися, чтобы на них не возникала сила Т' (при торможении передних колес), усугубляющая отклонение самолета от оси ВПП. Для обеспечения управляемости при движении самолета по земле колеса передней опоры управляемые.

Продольная устойчивость самолета при его движении на основных опорах не может быть обеспечена силами на горизонтальном оперении, поэтому даже движение по ВПП с искусственным покрытием может вызывать продольные колебания самолета. Причины этого дополнительные силы на опоры от стыков плит. Как правило, летчики достаточно свободно справляются с такой неустойчивостью на разбеге и пробеге. Важно только, чтобы частота колебаний от этих сил не совпадала с частотой собственных колебаний самолета.

Недостатком рассматриваемой схемы шасси является большая (по сравнению с шасси с хвостовой опорой) масса шасси, так как размеры (высота) передней опоры сравнимы с размерами основных опор. Кроме того, передняя опора самолета подвержена колебаниям типа “шимми” что требует специальных конструктивных мер для их гашения.

1.2.3. Двухопорная (велосипедная) схема шасси

Двухопорная (велосипедная) схема шасси приведена на рис.1.5. При такой схеме на самолете под фюзеляжем устанавливают две примерно одинаковые по воспринимаемым статическим нагрузкам опоры. ЦМ самолета находится чуть ближе к задней опоре. Для предохранения самолета от сваливания на крыло на нем устанавливают две подкрыльные опоры. Эти дополнительные опоры в случае касания поверхности аэродрома могут воспринимать до 5 % стояночной нагрузки, имеют мягкую амортизацию и обеспечивают самолету достаточную поперечную устойчивость. Передняя опора управляемая, что обеспечивает управляемость самолета при его движении по аэродрому. Для увеличения угла атаки на взлете при малоэффективных на малой скорости РВ (ЦП ГО) передняя опора может удлиняться (“вздыбливаться”) или основная опора укорачиваться (“приседать”). Это улучшает взлетные характеристики самолета. Двухопорная схема шасси известна с 1950-х гг. Ее применяли на военных самолетах В-47, В 52, самолетах КБ Яковлева, Мясищева и др. Появление этой схемы было вызвано необходимостью увязать в компоновочной схеме самолета грузоотсек , положение которого связано с ЦМ самолета, высокорасположенное крыло и шасси. В такой схеме длина стоек шасси при их уборке в крыло может доходить до 3 м и более, а в фюзеляж их убрать некуда, так как центральная часть фюзеляжа занята грузоотсеком. Такая же проблема возникла при компоновке самолетов вертикального взлета и посадки с единой силовой установкой, положение которой также связано с положением ЦМ самолета. В этом смысле двухопорная схема шасси представляет собой вынужденное решение, и при се реализации на самолете обычного взлета и посадки появляются трудности в технике пилотирования, связанные с необходимостью приземления точно на обе опоры одновременно.

Рис. 1.5. Двухопорное велосипедное шасси

Приземление сначала на заднюю опору вызывает: возникновение значительного момента М относительно задней опоры, равного Gе ( рис.1.5), и больших динамических нагрузок на переднюю опору и узлы ее крепления; усложнение конструкции передней опоры за счет механизма “вздыбливания”, необходимого для увеличения угла атаки самолета при взлете. Это увеличивает массу передней опоры и усложняет ее конструкцию; появление путевой неустойчивости при торможении колес передней опоры из-за появления на них сил T’ ( рис.1.3.), создающих разворачивающий момент относительно ЦМ того же знака, что и М_откл. Это усугубляет отклонение самолета от оси ВПП. При отказе от торможения колес передней опоры увеличивается длина пробега, утяжеление механизма разворота колес передней опоры и возрастание трудностей разворота, так как на переднюю опору приходится до 40...45 % G вместо 10:..12 % G, как у трехопорной схемы шасси с передней опорой, утяжеление фюзеляжа на 10...15 %, так как для восприятия повышенной нагрузки от передней опоры нужны более мощные силовые элементы (в частности, более мощные силовые шпангоуты). Большие затраты массы требуются и на усиление большого выреза в носовой части фюзеляжа под переднюю опору, дополнительные затраты массы на подкрыльные опоры и усиление конструкции крыла для восприятия дополнительных нагрузок от этих опор. Однако в двухопорной схеме шасси можно сделать более короткой, а стало быть, и более легкой основную опору, устанавливаемую в плоскости симметрии фюзеляжа. Но это не компенсирует рассмотренные выше недостатки двухопорной схемы шасси. Все это снижает возможности более широкого использования двухопорной схемы шасси на самолетах обычного взлета и посадки. На СВВП недостатки двухопорной схемы шасси, связанные со взлетом и посадкой самолета обычной схемы, рассмотренные выше, сказываются гораздо меньше. При такой схеме шасси опорные элементы (колеса) лучше, чем при других схемах шасси, защищены от воздействия горячих газов от двигателей. Эта обстоятельства, плюс некоторый выигрыш в массе за счет более короткой основной опоры сделали целесообразным применение двухопорной (велосипедной) схемы шасси на СВВП (например, на самолете "Харриер’' и его модификациях).