bg_0490oxford_glazkov / Глава 6-Р

Глава 6

АВИАЦИОННЫЕ ТОРМОЗА

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 121

КОЛОДОЧНЫЕ ИЛИ ДИСКОВЫЕ ТОРМОЗА 121

ОТПУСКАНИЕ ТОРМОЗА (РАСТОРМАЖИВАНИЕ) 122

ИЗНОС ТОРМОЗА 123

СИСТЕМА МОДУЛИРОВАНИЯ ТОРМОЖЕНИЯ 124

МЕХАНИЧЕСКИЕ АНТИБЛОКИРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ 125

ЭЛЕКТРОННЫЕ АНТИБЛОКИРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ 125

ТИПИЧНАЯ СИСТЕМА ТОРМОЗА КОЛЕСА САМОЛЕТА 126

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТОРМОЖЕНИЯ 128

ГРАФИК КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ 130

ИНДИКАТОРЫ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОРМОЗОВ 133

ПРИРОСТ КРЫЛА 135

ВОПРОСЫ 137

ОТВЕТЫ 142

ВВЕДЕНИЕ

Как и в большинстве тормозных систем, тормоза колес самолета функционируют при помощи трения между неподвижной и перемещающейся поверхностями для приведения самолета в состояние покоя, преобразуя кинетическую энергию в тепловую. Рассеяние огромного количество теплоты, вырабатываемой при торможении большого современного самолета, является серьезной проблемой для авиационных конструкторов и ученых в течение многих лет. С достижением прогресса в этом направлении самолеты стали быстрее и тяжелее, а проблема усугубилась.

Идеальным решением было бы строительство ВПП достаточной длины, чтобы не было необходимости применять тормоза самолета вообще, но непомерно высокие затраты на строительство полос длиной 4 и 5 миль обрекают это решение на неудачу.

Внедрение винтов реверсивного шага на ТВД и реверсов тяги на ТРД частично решили проблему, но необходимость нормального торможения сохранилась.

КОЛОДОЧНЫЕ ИЛИ ДИСКОВЫЕ ТОРМОЗА

На всех современных самолетах в настоящее время применяются колодочные тормоза, управляемые гидросистемами, для замедления и остановки. В этой системе применяются серии фиксированных тормозных колодок, прижимающих или зажимающих один или несколько вращающихся дисков, принцип работы которых похож на работу автомобильных дисковых тормозов.

Количество тормозных колодок и вращающихся дисков зависит от конструкции и размера колеса; на легких самолетах возможно применение однодискового тормоза, а типичная тормозная система большого самолета включает многодисковое устройство, аналогичное изображенному на рис. 6.1.

В данном устройстве физическая площадь торможения увеличена за счет нескольких тормозных дисков, помещенных между слоев фрикционного материала. В данном типе конструкции вращающиеся диски (роторы) скреплены и поворачиваются вместе с внешним ободом колеса, а неподвижные диски из фрикционного материала (статоры) скреплены и остаются неподвижными вместе со ступицей. При применении торможения гидравлическое давление активирует поршни, находящиеся в торсионной пластине, сжимая роторы и статоры между упорным и опорным дисками. Чем больше усилие на педали тормоза, тем больше сила торможения, прикладываемая к упорной пластине через поршни. Момент, создаваемый тормозным устройством, передается на основную опору шасси с помощью торсионного вала или «тормозной тяги» (см. главу 3, рис. 3.2).

Фрикционные колодки изготавливаются из неорганического фрикционного материала, а диски - из «тяжелой» стали со специальным поверхностно-упрочненным слоем. Этот слой вызывает взрыв дисков при перегреве, если их покрывать жидким огнегасящим составом. В случае пожара колеса или тормоза лучшим средством тушения является применение сухого порошка.

Последние технологические достижения в рассеянии (отводе) теплоты привели к созданию тормозных дисков, отличающихся от постоянно вращающихся одиночных дисков. Они представляют собой диск, состоящий из множества соединенных индивидуальных сегментов, обладающими улучшенными свойствами рассеяния тепла, что увеличивает их эффективность. При производстве тормозных устройств применяется углерод, т.к. имеет намного лучшие свойства поглощения и отвода теплоты. Углеродные тормоза также намного легче стальных аналогов. Их недостатком является повышенная стоимость и более короткий срок службы, поэтому они устанавливаются только на самолетах, у которых облегчение конструкции имеет приоритет над стоимостью, например, на дальнемагистральных самолетах.

Если тормоза нагреваются слишком сильно, они более не способны поглощать энергию и их способность замедлять (снижать скорость) самолет снижается. Этот феномен называется временным снижением эффективности торможения.

Рис. 6.1. Типичное многодисковое устройство

ОТПУСКАНИЕ ТОРМОЗА (РАСТОРМАЖИВАНИЕ)

Когда пилот нажимает на педали тормоза, тормозные регуляторы будут перемещать упорную пластину в сторону от статоров и ротора, позволяя им несколько отдалиться друг от друга. Внутренняя конструкция тормозных регуляторов позволяет им поддерживать постоянный рабочий зазор, когда тормоза выпущены, что автоматически компенсирует износ тормоза.

Если возвратная пружина внутри регулятора заедает, или если устройство неправильно отрегулировано, это может послужить причиной неправильного выпуска тормозов. Это называется прихватывание (заедание) тормоза.

При заедании тормоза вырабатывается большое количество теплоты, что может привести к снижению эффективности торможения раньше, чем оно наступает при нормальных условиях. Воздух в гидравлической системе тормозов может также вызвать заедание тормоза.

Рис. 6.2. Регулятор тормоза в сборке

ИЗНОС ТОРМОЗА

Авиационные тормоза разработаны для создания хорошего замедления и одновременно предотвращения чрезмерного износа тормозной накладки.

Важно точно отслеживать толщину тормозной накладки.

Слишком маленький остаток материала тормозной накладки может повлечь чрезмерный износ или появление канавки в системе с одним тормозным диском, либо в системе с несколькими дисками остаток материала перегревается и очень быстро истирается.

Существует несколько методов определения величины остатка материала тормозной накладки на тормозе, ниже приведены лишь некоторые из них.

Для многодисковых тормозных систем самым популярным методом измерения глубины тормозной накладки остается проверка величины выхода возвратного стержня (или идентификационного стержня, как его иногда называют) из (или внедрения внутрь) корпуса пружины при выбранном включении тормоза.

На рис. 6.3. показано, как можно применять щуп износа для проверки, что возвратный стержень не сместился слишком далеко внутри корпуса пружины.

Если в системе не установлено возвратных стержней, может быть использован альтернативный метод, в котором измеряется величина зазора между задней стенкой упорной пластины и корпусом тормоза, при активированном тормозе.

Для однодискового тормоза остаток материала накладки можно измерить при активированном тормозе с помощью замера расстояния между диском и корпусом тормоза и убедиться, что эта величина не меньше минимального значения.

Рис. 6.3. Измерение износа тормоза в многодисковой тормозной системе

РАБОТА ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ

Работа педалями тормоза в кабине позволяет гидрожидкости под давлением перемещать маленькие поршни, которые, передвигая упорную пластину, толкают статорные колодки к дискам ротора, получаемое трение замедляет диски.

На маленьком самолете гидравлического давления от педалей тормоза может быть достаточным для его замедления. Для большого самолета, очевидно, что одной только ножной силы не достаточно, требуется другой источник гидравлической мощности. Его обеспечивает основная гидросистема самолета.

СИСТЕМА МОДУЛИРОВАНИЯ ТОРМОЖЕНИЯ

Оптимальное торможение является важным для эксплуатации современных самолетов с их высокими посадочными скоростями, низким сопротивлением и большим весом, особенно при эксплуатации с коротких ВПП и в плохую погоду. Пилот не способен почувствовать блокировку тормозов, поэтому первым требованием для системы модулирования торможения является обеспечение антиблокировочной защиты.

Когда бы ни создавался момент торможения, должен существовать только небольшой процент скольжения между колесом и землей, проскальзывающее колесо создает очень маленький эффект торможения. Во всех системах модулирования замедление отдельных колес принимается в качестве контрольного параметра тормозного момента.

Выбирается базовая величина замедления колеса, которая будет больше максимально возможного замедления самолета – примерно 18 фут/сек² (6 м/сек²) – и при превышении данной величины давление торможения автоматически снижается или стравливается.

Опция «выдерживания» тормозного давления в случае подпрыгивания колеса или для предотвращения работы тормозов до касания земли также может быть интегрирована в систему.

Системы могут быть механическими или электрическими; механические системы используются с начала 1950 гг. На большинстве самолетов применяются электрические или электронные системы.

МЕХАНИЧЕСКИЕ АНТИБЛОКИРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

Базовый принцип работы этих систем основан на применении инерции маховика как сенсора замедления колеса.

К маховику с помощью пружины присоединено колесико, имеющее прямой привод от колеса самолета. Любые изменения скорости вращения колеса самолета вызывают относительное смещение между маховиком и приводным колесиком. Это относительное смещение используется в качестве контрольного сигнала для работы клапана в гидравлической тормозной системе для стравливания давления торможения. Устройство может быть установлено на ободе или оси колеса.

ЭЛЕКТРОННЫЕ АНТИБЛОКИРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

Быстродействие маховиков, применяемых в механических системах, низкое по сравнению с электрической сигнализацией, более того, модуляция не всегда соответствует реальному состоянию ВПП.

Намного легче изменять ответные реакции и отклонения системы электронных схем для удовлетворения требованиям различных типов самолетов, что упрощает адаптацию схем к требованиям самолетов новых типов.

Электронная система дает 15% повышение эффективности над механической и преимущество в возможности ее проверки перед применением.

Электронная система состоит из трех основных элементов:

• Сенсора, который измеряет скорость вращения колеса;

• Блока управления для расчета информации о скорости вращения колеса;

• Серво клапана для модуляции давления торможения.

Базовый контур управления, описанный выше, имеет несколько преимуществ перед механической системой, за исключением большого увеличения цикличности работы. Усовершенствованием системы является Адаптивный Контур Модуляции Сдвига Давления (Adaptive Pressure Bias Modulation Circuit).

Он обеспечивает приложение меньшего тормозного давления незамедлительно после освобождения колеса после работы антиблокировочного устройства (Anti Skid Unit – ASU) по отношению к давлению, приложенному до работы антиблокировочного устройства, что предотвращает возврат в состояние, которое изначально вызвало применение антиблокировочного устройства.

ASU выполняет следующие три важные функции:

• Защита до касания.

Предотвращает применение тормозов до касания земли. Электронный антиблокировочный регулятор будет отслеживать частоту вращения колеса и логику воздух/земля. Если никакого сигнала не поступает, тормоза не могут быть активированы, пока самолет в воздухе. При касании колеса раскручиваются и подают сигнал на регулятор, который теперь позволит применение тормозов.

• Предотвращение скольжения.

Антиблокировочный регулятор будет снижать давление торможения для любого колеса, для которого будет выявлено приближение к скольжению с помощью мониторинга скорости замедления отдельных колес.

• Защита от блокировки колеса.

Если колесо заблокировалось из-за мокрого участка или льда антиблокировочный регулятор будет стравливать давление для данного колеса до возобновления его раскрутки, а давление будет восстановлено.

Для обеспечения пилотом полного контроля над торможением при рулении и маневрировании антиблокировочная система деактивируется либо вручную, либо автоматически, когда самолет замедляется ниже скорости приблизительно 20 ми/ч, т.к. при данной скорости опасность скольжения отсутствует.

ТИПИЧНАЯ СИСТЕМА ТОРМОЗА КОЛЕСА САМОЛЕТА

Тормоза запитаны от одной из гидросистем самолета (система 1) с автоматическим переключением на альтернативную систему (система 2) в случае низкого давления в системе 1. При отказе нормального и альтернативного источников гидравлического давления, автоматически выбирается аккумулятор для поддержания давления стояночного тормоза.

Антиблокировочная защита

Антиблокировочные клапаны получают гидравлическое давление от нормальных дозирующих тормозных клапанов или клапанов автоматического торможения с антиблокировочным регулятором, обеспечивающим электрические сигналы для антиблокировочных клапанов для управления торможением в условиях скольжения. Датчики скорости вращения колеса, установленные на оси, передают сигналы на вход антиблокировочного регулятора. Каждое колесо имеет индивидуальную антиблокировочную защиту при работоспособной нормальной тормозной системе. При первоначальной индикации скольжения антиблокировочный регулятор отдает команду соответствующему антиблокировочному клапану уменьшить тормозное давление, что защитит колесо от дальнейшего проскальзывания. Защита тормозов до касания обеспечивается с помощью сравнения скорости вращения колеса и наземной скорости IRS (внутренней системы, содержащей опорное значение). Во время работы альтернативной тормозной системы обеспечивается антиблокировочная защита пары колес, а не каждого в отдельности.

Ограничение крутящего момента

На каждом колесе установлен сенсор крутящего момента для определения превышения момента во время торможения и предотвращения повреждения шасси (более проблематично с углеродными тормозами). В случае выявления превышения напряжения от крутящего момента, на антиблокировочный клапан поступает сигнал, и тормозное давление на это колесо уменьшается.

Рис. 6.4. Типичная тормозная и антиблокировочная система

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТОРМОЖЕНИЯ

Данная система обеспечивает автоматическое торможение при использовании нормальной тормозной системы во время выкатывания при посадке или прерванного взлета. Система автотормозов не доступна при использовании альтернативной тормозной системы. В зависимости от самолета может быть выбрано три или пять степеней замедления. Для RTO (прерванного взлета) обеспечивается максимальное торможение. При работе автотормозов обеспечивается антиблокировочная защита. Посадочные автотормоза активируются с помощью выбора степени замедления на селекторе автотормоза. При касании и индикации раскрутки колеса тормоза срабатывают автоматически и обеспечивают торможение до полной остановки или до отключения автотормозов. Степень замедления можно изменить при работе автотормоза без его отключения с помощью вращения селектора.

При выбранном RTO автоматически будет прикладываться максимальное тормозное давление, когда все РУД находятся на наземных скоростях выше 85 узлов. Ниже 85 узлов автоматические тормоза не активируются. Посадочная система автоматического торможения немедленно деактивируется при отказе автоматических тормозов или нормальной антиблокировочной системы. Деактивация (перевод в неактивный режим) также происходит, если во время работы автоматических тормозов экипаж выполняет любое из следующих действий:

• Ручное торможение.

• Перемещение любого РУД после посадки.

• Перемещение рычага воздушного тормоза до защелки DN (down – вниз) после перекладки воздушного тормоза на земле.

• Перемещение селектора автотормоза в положение Деактивации или Отключения.

Автоматические тормоза обычно деактивируются с помощью второго пилота или бортинженера, когда скорость самолета снижается приблизительно до 20 узлов.

Рукоятка стояночного тормоза управляет отсечным клапаном линии возврата в резервуар от антиблокировочных клапанов. Для активации стояночного тормоза необходимо нажать на ножные педали, повернуть рычаг стояночного тормоза, затем отпустить педали. Теперь гидравлическое давление заблокировано в тормозах, т.к. линия возврата от антиблокировочных клапанов перекрыта. Это дает возможность поддерживания тормозов включенными в течение всей ночной стоянки, если это необходимо.

Рис. 6.5.

ГРАФИК КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ

Во время торможения поглощается значительное количество энергии. Энергия высвобождается в форме теплоты, которую необходимо рассеять.

Тормозные пакеты, шины и колеса в сборке способны поглощать большое количество теплоты вплоть до отказа.

Решения относительно принятия мер предосторожности после прерванного взлета, посадки или простого перемещения самолета по аэродрому облегчит некоторый метод определения количества поглощенной энергии.

Одним из таких методов является график кинетической энергии торможения, рис. 6.6. На график наносится полный полетный вес и скорость применения тормозов, а затем оцениваются компоненты встречного или попутного ветра, количество работоспособных реверсов и высота аэродрома.

Конечным результатом будет количество поглощенной кинетической энергии, но более важны три зоны, внутри которых ситуация ухудшается, и каждая из них выявляет необходимость принятия курса мер.

На рис. 6.7. приведена выдержка из руководства по эксплуатации самолета, где выделяются три зоны и процедуры, которые нужно выполнить в случае превышения кинетической энергией тормозов определенного уровня.

Рис. 6.6. График кинетической энергии торможения

Рис. 6.7. Зоны: нормальная, внимания, опасная

ИНДИКАТОРЫ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОРМОЗОВ

Типы самолетов больших размеров (В747, В777, А340, А380 и т.п.) могут быть оборудованы индикаторами температуры тормозов.

Сенсоры предназначены для замера температуры тормозов каждого колеса в отдельности.

Для отображения температуры каждой пары колес, выбранной на контрольной панели системы, может быть использован индикатор.

Система постоянно отслеживает температуры тормозов, и если температура любого тормоза превышает определенный уровень, загорается лампочка «ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА». Переключатель на контрольной панели позволит оператору определить расположение тормоза колеса или тормозов, которые инициировали сигнализацию.

Если температура любого тормоза превысит данный уровень, при котором загорается лампа Высокой Температуры, возникает индикатор «ПЕРЕГРЕВ».

Последнее событие дублируется Центральной Системой Оповещения. На рис. 6.8 представлена Сигнальная панель температуры тормозов.

Рис. 6.8. Сигнальная панель температуры тормозов

Рис. 6.9. Типичный дисплей ЕСАМ

ПРИРОСТ КРЫЛА

Термин прирост крыла используется только для самолетов со стреловидным крылом. Из-за расположения центра разворота современных больших самолетов не на внутренней стойке, а дальше, и стреловидной формы крыла в плане, окружность, которую будет описывать при развороте внешняя законцовка крыла будет больше, чем кажется на первый взгляд. Это может не являться серьезной проблемой для самолетов больших размеров с поворачивающейся основной стойкой. На рис. 6.10 зона прироста крыла показана красным цветом.

При маневрировании больших самолетов со стреловидным крылом вблизи любых препятствий нужно соблюдать особую осторожность.

Рис. 6.10. Иллюстрация прироста крыла