с— колея шасси в м. Величина центробежной силы
F = mVgR2
где V — скорость движения самолета в м/с; g — ускорение силы тяжести в м/с2;
R — радиус разворота в м.
При малом радиусе разворота и большей скорости движения самолета центробежные силы могут иметь большую величину и вызвать разрушение элементов шасси или каркаса. Чтобы этого не допустить, имеются ограничения по углу поворота переднего колеса и максимальной скорости самолета во время его руления.
Во время посадки самолета в момент парашютирования шасси нагружается силами,
которые возникают вследствие наличия вертикальной скорости (Vу в м/с), при этом кинетическая энергия кг·м:
A = mVy2
2g
Итак, величина нагружения шасси при посадке самолета зависит от массы и вертикальной скорости.
Кинетическая энергия самолета гасится амортизаторами шасси и пневматиками колес. При этом чем больше величина обжатия амортизирующих устройств шасси, тем меньше нагрузки, действующие на шасси, а следовательно, и на самолет.
Горизонтальная скорость самолета гасится лобовым сопротивлением и торможением самолета.
Шасси самолета воспринимает большие нагрузки, а поэтому все основные узлы и детали изготовлены из стали с высоким пределом прочности - 160÷190 кгс/мм2.
4.3. ПЕРЕДНЯЯ НОГА ШАССИ
Передняя нога шасси (рис. 4.3) имеет балочно-подкосную схему конструкции с полурычажной подвеской колес. Такая конструктивная схема характерна тем, что ось колес крепится не к штоку амортизатора непосредственно, а к концу траверсы 2, средняя часть которой шарнирно закреплена на штоке 3. Другой конец траверсы шарнирно закреплен на звене 4, связанным, в свою очередь, с проушинами головки цилиндра амортизационной стойки 6.
Таким образом, ось колес смещена назад относительно вертикальной оси стойки и поворотно-демпфирующего устройства, что предотвращает появление изгибо-крутильных колебаний (шимми) колес, и шток амортизатора меньше нагружается изгибным моментом. Это улучшает работу штока и его уплотнений.
Передняя нога состоит из амортизационной стойки с рулежно-демпфирующим цилиндром 7, складывающегося подкоса 13, механизма распора 11, двух спаренных колес КН-10 1, гидравлического цилиндра 12 уборки и выпуска шасси, замка подвески 14 и других деталей. С помощью цапф 9 амортизационной стойки и цапф 18 складывающегося подкоса передняя нога шарнирно крепится в четырех узлах 16, 20, смонтированных на продольных балках отсека.
Уборка и выпуск передней ноги осуществляется гидравлическим цилиндром, который одним концом крепится к рычагу 15 верхнего звена складывающегося подкоса, а другим — к рычагу 10 стойки. При выпущенном положении ноги шток цилиндра находится в убранном положении, а при убранной передней ноге шток цилиндра выпущен.
140
Рис. 4.3. Передняя нога шасси:
1—колесо КН-10; 2—траверса; 3—шток; 4—звено; 5—петля подвески; 6— амортизационная стойка; 7—рулежно-демпфирующий цилиндр; 8— ориентир; 9—цапфа амортизационной стойки; 10—рычаг; 11—механизм распора; 12—гидравлический цилиндр; 13—складывающийся подкос; 14—замок подвески; 15—рычаг звена складывающегося подкоса; 16— узел крепления складывающегося подкоса; 17, 21— шайбы; 18—цапфа складывающегося подкоса; 19, 22— болты; 20—узел крепления амортизационной стойки
При уборке передней ноги механизм распора под действием своего гидравлического цилиндра начинает складываться и перемещает узел А подкоса, переводя его через «мертвую» точку. После уборки нога запирается замком подвески.
Установку колес в нейтральное положение обеспечивает ориентир 8.
Силовыми элементами передней ноги являются: амортизационная стойка, складывающийся подкос и механизм распора, а кинематическими элементами кроме указанных, — цилиндр подъема и выпуска шасси. Кинематическая схема передней ноги показана на рис. 4.4.
Амортизационная стойка передней ноги (рис. 4.5) — это пневмогидравлический агрегат, который поглощает и частично рассеивает кинетическую энергию ударов,
141
превращая ее в потенциальную энергию давления азота и тепло во время посадки, взлета и передвижения самолета по неровной поверхности аэродрома. После посадки и поглощения энергии удара при прямом ходе штока стойка быстро, за 0,8—1,0 с, возвращается в исходное положение за счет потенциальной энергии азота, чтобы иметь возможность воспринимать непрерывно возникающие удары при движении самолета. Наибольшую нагрузку стойка воспринимает после первого соприкосновения с землей. Затем энергия ударов уменьшается до полного затухания при остановке самолета.
Рис. 4.4. Кинематическая схема передней ноги шасси:
1—колесо; 2—траверса; 3—звено; 4— амортизационная стойка; 5—складывающийся подкос; 6—механизм распора; 7—гидравлический цилиндр
Основными узлами и устройствами амортизационной стойки являются: рама 45, амортизатор, состоящий из цилиндра 23 с приваренными верхней 44 и нижней 54 головками, плунжера 22 с поршнем 47, переходником 38 и зарядным клапаном 62, шток 58 с диафрагмой 51 и иглой 50, траверса 60 со звеном 2, рулежно-демпфирующий цилиндр 31 и другие детали.
Рама амортизационной стойки является основным силовым элементом передней ноги. Она передает непоглощенную энергию удара на конструкцию самолета и служит корпусом для монтажа всех деталей амортизационной стойки, рулежно-демпфирующего цилиндра и ряда других агрегатов и деталей системы управления поворотом колес. В верхней части рамы имеются две цапфы 33 для установки стойки на узлах подвески в нише передней ноги. Рулежно-демпфирующий цилиндр закреплен на раме шпильками 61. Справа в верхней части рамы имеется рычаг 34 для крепления гидравлического цилиндра подъема и выпуска шасси. По центру и сзади по направлению полета установлен рычаг 37, к которому шарнирно крепится механизм распора и штуцер 36 подачи масла к рулежно-демпфирующему цилиндру. Еще ниже на раме имеются проушины 49 для крепления складывающегося подкоса. Рама по оси имеет цилиндрическую полость, где монтируется амортизатор, который поворачивается относительно вертикальной оси и удерживается в раме гайкой 27, законтренной болтами 28. Внизу амортизатор через кольцо 8 и втулку 11 упирается в проточку рамы. Рама амортизационной стойки изготовлена из алюминиевого сплава В93.
Цилиндр с головками являются корпусом, где смонтированы все узлы амортизатора.
142
Амортизатор — это герметичная емкость, заполненная рабочей жидкостью (маслом АМГ-10 и техническим азотом с начальным давлением 75± 1,0 кгс/см2).
К цилиндру с помощью болтов 25 крепится шлицевая втулка 39, которая передает момент вращения от рулежно-демпфирующего цилиндра 31 через шлицевую муфту 30 колесам передней ноги. Цилиндр поворачивается относительно запрессованных в раме бронзовых втулок 11, 26. Смазка этих втулок осуществляется через масленки 9, установленные в специальных стопорных болтах 10.
Сверху в цилиндр установлен плунжер, закрепленный гайкой 41. Герметичность плунжера достигается резиновыми уплотни тельными кольцами 43. В плунжер сверху ввернут переходник с зарядным клапаном амортизатора. Переходник контрится шайбой 40. Снизу на плунжер навинчен поршень, который по торцу имеет отверстие г.
На нижней головке цилиндра болтами 53 закреплен кронштейн 52 подвески передней ноги.
На верхнем конце штока установлена букса 15, которая опирается снизу на стальное кольцо 13, а сверху удерживается гайкой 20, законтренной винтом 46. Букса штока имеет уплотни тельные кольца 14.
Между буксой штока и нижней буксой 6 устанавливается распорная втулка 12, ограничивающая выход штока из цилиндра.
Амортизатор имеет клапан торможения обратного хода, который дросселирует перетекание рабочей жидкости из полости Г.
Клапан состоит из кольца 16, втулки 19, пружины 17 и упорного кольца 21. Полость Г образована гайкой штока 20, поршнем плунжера 47, штоком 58,
компрессионным 48 и упорным 21 кольцами.
Внутри штока установлена диафрагма 51 с иглой 50, которая делит внутреннюю полость штока на две части: верхнюю рабочую А и нижнюю — нерабочую, соединенную с атмосферой. Игла служит для дросселирования отверстия д.
Траверса 60 смещает ось колес назад относительно амортизационной стойки и передает момент вращения рулежно-демпфирующего цилиндра на ось колес.
К средней точке траверсы с помощью болта 59 шарнирно крепится шток, а к нижней — ось колес. Верхняя точка траверсы осью 1 шарнирно соединена со звеном 2. Другой конец звена шарнирно установлен на оси 5 в проушинах нижней головки цилиндра. На звене жестко закреплен болтами 3 кронштейн 4 для подсоединения водила тягача во время буксировки самолета и установлен концевой выключатель АМ-800К (рис. 4.6), предназначенный для отключения системы управления поворотом колес передней ноги при отрыве колес от земли. Концевой выключатель установлен в корпусе 3 и укреплен на звене 5 амортизационной стойки передней ноги.
При обжатии амортизатора кулачок 11 поворачивается вокруг своей оси и через качалку 8 и тандер 7 освобождает шток концевого выключателя 2, который замыкает электрическую цепь системы управления поворотом колес.
Регулировку механизма концевого выключателя осуществляют тандером 7. Нейтральное положение амортизатора наблюдается у амортизационной стойки в
полете и на земле при установке самолета на домкраты. В этом случае шток 58 (см. рис. 4.5) с диафрагмой и иглой 50 находится в выпущенном положении и упирается буксой 15 в распорную втулку 12. Втулка 19 находится в крайнем нижнем положении. Отверстие г перекрыто кольцом 16, а полости Б и В сообщаются через отверстия а.
Работа амортизатора при прямом ходе штока. Во время посадки самолета или при рулении по неровной поверхности аэродрома нагрузка от колес передается траверсе, а от нее — штоку амортизатора. Шток начинает убираться в цилиндр (рис. 4.7). При том полости: жидкостная А и пневмо-жидкостная Б и В уменьшаются в объеме.
При прямом ходе штока можно выделить два этапа работы.
Первый — это когда игла 50 (см. рис. 4.5) доходит до отверстия д в поршне 47 и второй, когда игла движется в этом отверстии, дросселируя его.
143
Рис. 4.6. Установка концевого выключателя АМ-800 на амортизационной стойке передней ноги:
1—траверса; 2—концевой выключатель АМ-800К; 3— корпус; 4, 10—болты; 5—звено; 6—скоба; 7—тандер, 8—качалка; 9—шток; 11—кулачок
На первом этапе шток быстро двигается вверх, вытесняя масло из полости А в полости Б и В через отверстие д. Масло в полости Б и В поступает также через отверстие г и б, но после того как шток пройдет путь, равный приблизительно 25 мм, т. е. когда упорное кольцо 21 позволит пружине 17 поднять втулку 19 в крайнее верхнее положение, масло отожмет кольцо 16 и начнет поступать в полость Г, а из нее через отверстия б — в полость Б.
Игла штока, пройдя путь, равный примерно 125 мм, значительно сократит площадь проходного отверстия д. Возрастет гидравлическое сопротивление при перетекании масла из полости А в полость Б.
Так как гидравлическое сопротивление масла прямо пропорционально квадрату скорости истечения и обратно пропорционально площади проходного сечения, то скорость движения штока будет падать по мере его движения вверх.
144
Рис. 4.7. Схема работы амортизационной стойки передней ноги (номера позиций соответствуют рис. 4.5):
I—нейтральное положение; II—прямой ход (второй этап); III—обратный ход (первый
этап); IV—обратный ход (второй этап)
Кроме этого, возрастает давление азота в полостях В и Б из-за уменьшения его объема. В конце хода штока наступает такой момент, когда усилие давления азота, действующее сверху, и нагрузки, действующие снизу, уравновесятся и шток остановится.
Энергия удара при прямом ходе штока затрачивается на преодоление гидравлического сопротивления при перетекании масла из полости А в полость Б через отверстия 6, г и д, на сжатие азота и на преодоление усилий трения уплотнений и деталей штока цилиндра и плунжера.
Работа амортизатора при обратном ходе штока. После поглощения энергии удара сжатый азот начинает выталкивать шток из цилиндра. При обратном ходе штока тоже можно выделить два этапа работы амортизатора.
Первый этап характеризуется тем, что шток разжимается относительно быстро, так как масло из полости Г (см. рис. 4.7) перетекает в полость Б через два отверстия б, имеющие больший диаметр, чем в отверстие в.
На втором завершающем этапе работы амортизатора ход штока резко замедляется в результате перемещения клапана торможения обратного хода, чтобы избежать разрыва струи масла и получить больший гистерезис.
Клапан вступает в работу после того, как упорное кольцо 21 гайки 20 штока (см. рис. 4.5) отожмет втулку 19 (см. рис. 4.7) вниз, которая перекроет своим нижним буртиком отверстие б. ; Масло в этом случае из полости Г в полость Б будет поступать через отверстие в, а затем через отверстие б. Таким образом, клапан исключает возможность удара распорной втулкой 12 о буксу 6. Энергия сжатого азота во время обратного хода расходуется главным образом на преодоление гидравлического сопротивления при перетекании масла из полости Г в полость Б через отверстия б и в на преодоление усилий трения уплотнений и деталей штока, цилиндра и плунжера, а также на подъем самолета.
Для нормальной работы амортизатора в нем должно быть ~2800 см3 масла АМГ-10, а азот должен иметь начальное давление 50+2 кгс/см2.
145
Если масла или азота будет меньше нормы, то амортизатор cможет выбрать при своем движении весь свой ход, а энергию удара не поглотит. Оставшаяся энергия будет передана на конструкцию и создаст большие перегрузки на узлы самолета. Если же масла или азота будет больше нормы, то на самолет также будут действовать повышенные нагрузки, вследствие более жесткой работы амортизатора.
Рулежно-демпфирующий цилиндр (рис. 4.8) служит для поворота колеса и гашения автоколебаний (шимми) при передвижении самолета по аэродрому.
Он состоит из корпуса 13 с двумя неподвижными лопастями 23, ротора 14 с двумя подвижными лопастями 19, двух перепускных клапанов 3, двух букс 5, трубопроводов 2, уплотнительных колец и других деталей.
Рис. 4.8. Рулежно-демпфирующий цилиндр самолетов ранних выпусков: 1—отверстия под шпильки; 2—трубопроводы; 3—клапан перепуска; 4, 25— штуцера; 5— букса; 6—пробка; 7—шарик; в—упор; 9, 11—пружины; 10—корпус; 12—крышка клапана; 13— корпус; 14—ротор; 15—кольцевая канавка; 16, 26, 27—уплотнительные кольца; 17, 24—болты; 18— пружинная крышка: 19—подвижная лопасть; 20—прокладка; 21— манжета; 22—пластина; 23—неподвижная лопасть; А, Б—полости рулежнодемпфирующего цилиндра
Корпус с двумя неподвижными лопастями и ротор с двумя подвижными лопастями образуют две пары полостей А и Б. Для уплотнения этих полостей по торцам имеются канавки 15, а в корпусе и буксе установлены уплотнительные кольца 16, 26, 27.
Все четыре лопасти попарно крепятся на диаметрально противоположных сторонах корпуса и ротора. С двух сторон каждой лопасти между прокладками 20 и пластинами 22 через пружинные крышки 18 зажаты манжеты 21. С каждой стороны лопасти для этой
146
цели располагается по четыре болта 17. Ротор сверху имеет четыре ушка с резьбовыми отверстиями / под шпильки крепления крышки. На крышке находятся проушины для подсоединения системы обратной связи. С внутренней стороны в нижней части ротора имеются шлицы для неподвижного соединения рулежно-демпфирующего цилиндра с цилиндром амортизационной стойки, чтобы передавать моменты вращения колес.
Рулежно-демпфирующий цилиндр имеет клапан 3 перепуска масла из полостей А в полости Б. Каждый клапан перепуска состоит из корпуса 10, крышки клапана 12, шарика 7, упора 8, пробки 6 и пружин 9, 11.
Рис. 4.9. Рулежно-демпфирующий цилиндр самолетов поздних выпусков
Трубопроводы 2, соединяющие полости А и Б, крепятся к корпусу штуцерами 4, 25. На рис. 4.9 показана конструкция рулежно-демпфирующего цилиндра,
установленного на самолете позднего выпуска. Работа рулежно-демпфирующего цилиндра.
При поступлении масла под давлением в полость А (рис. 4.10) ротор 14 с лопастями 19 начинает поворачиваться против хода часовой стрелки. В это время масло из полостей Б начинает сливаться. Одновременно масло поступает к правому перепускному клапану 3, который открывается, и масло заполняет кольцевые канавки 15, поджимая резиновые кольца 16, что герметизирует полости А и Б по торцам ротора. Вращение ротора передается, цилиндру амортизационной стойки и далее колесам.
При подаче масла в полость Б ротор с лопастями начинает поворачиваться по ходу часовой стрелки, увлекая за собой цилиндр амортизатора и колеса.
Если при возрастании давления в одной из полостей А или Б оно будет выше 250 кгс/см2, то открывается шариковый клапан перепуска другой пары полостей Б или А и масло начинает перетекать из одной полости в другую.
При давлении в цилиндре не более 250 кгс/см2 клапан поджимается пружиной к торцу корпуса 10 и перекрывает отверстие кольцевых канавок.
147
Рулежно-демпфирующий цилиндр работает в режиме свободного ориентирования так же, как цилиндр, используемый в качестве демпфера автоколебаний. Цилиндр установлен сверху по оси симметрии рамы.
Рис. 4.10. Схема работы рулежно-демпфирующего цилиндра (номера позиций соответствуют рис. 4.8):
4, Б—полости рулежно-демпфирующего цилиндра; В—линия давления; Г—линия слива
Ориентир колес, работающий на растяжение и сжатие.
Ориентир передней ноги (рис. 4.11) служит для установки колес в нейтральное положение после взлета или при установке самолета на подъемники. Он является пневматической пружиной двустороннего действия, т. е. пружиной, работающей как на растяжение, так и сжатие, и установлен на самолетах первых выпусков.
Ориентир состоит из цилиндра 1, штока 5, поршня 2, плунжера 6, буксы 7, зарядного клапана 10, двух масляных зарядных клапанов 9, направляющей 3, упорной гайки 4 и уха 8. (Конструкцию зарядного клапана см. на рис. 4.26, узел Е).
Ориентир имеет полости В и Г, заполняемые сжатым азотом, и полости А и Б для набивки смазки ЦИАТИМ-203.
При развороте амортизатора вправо ориентир удлиняется, а влево — укорачивается вследствие перемещения штока.
При растяжении ориентира штока выдвигается и, упираясь в гайку 4, тянет за собой поршень, который уменьшает объем полости В и увеличивает сжатие азота. Полный ход штока при растяжении и сжатии равен 62 см.
При обжатии ориентира шток скользит по плунжеру, уменьшая объем полости Г и увеличивая в ней сжатие азота. Давление азота в полостях В и Г.выравнивается благодаря его перетеканию через отверстие б.
148