- •Посвящается 75-летию Московского авиационного института системный подход к проектированию ла.
- •1.1. Техническое задание на проектирование
- •1.2. Сложные (большие) системы, их свойства .
- •1.3. Летательный аппарат – главный элемент авиационного и ракетно-космического комплекса
- •1.4. Системы и компоновка летательного аппарата
- •Инженерное обеспечение проектирования летательного аппарата.
- •2.1. Основные этапы проектирования авиационного комплекса
- •2.2. Иерархия систем летательного аппарата. Специализация инженеров, создающих системы.
- •Глава 3 среда в которой существует и функционирует летательный аппарат
- •3.1. Факторы, влияющие на функциональные возможности и облик летательного аппарата
- •3.2. Естественная внешняя среда - атмосфера Земли и околоземное пространство
- •3.2.1. Основные параметры и свойства воздуха в атмосфере
- •3.2.3. Решение проектно-конструкторских задач и неопределенность по параметрам естественной внешней среды
- •3.3. Искусственная внешняя среда
- •3.3.1. Аэропорт. Взлетно-посадочная полоса
- •3.3.2. Наземные системы обслуживания и подготовки самолета к полету
- •3.3.3. Обеспечение регулярности и безопасности полетов пассажирских самолетов
- •3.3.4. Стартовый ракетный комплекс
- •3.3.5. Решение проектно-конструкторских задач и неопределенность по параметрам искусственной внешней среды
- •Часть вторая теоретические основы авиационной техники
- •Глава 4 принципы полета и классификация летательных аппаратов
- •4.1. Классификация принципов полета
- •4.2. Реализация ракетодинамического и баллистического принципов полета
- •4.3. Реализация аэростатического принципа полета
- •4.4. Реализация аэродинамического принципа полета
- •4.5. Летательные аппараты, реализующие несколько принципов полета
- •4.6. Крылатый летательный аппарат в космическом пространстве
- •Глава 5 основы аэродинамики
- •5.1. Взаимодействие среды и движущегося тела. Классификация скоростей полета
- •5.2. Аэродинамический эксперимент
- •5.3. Аэродинамические силы
- •5.4. Основные законы аэродинамики
- •5.5. Элементы аэродинамики больших скоростей
- •5.6. Системы осей координат
- •5.7. Аэродинамические характеристики самолета
- •Глава 6 основы динамики полета самолета 6.1. Траектории движения
- •6.2. Силы, действующие на самолет в полете
- •6.3. Пространственное движение самолета
- •6.4. Понятие об аэродинамическом расчете
- •Глава 7 аэродинамическая компоновка летательных аппаратов
- •7.1. Геометрические параметры обтекаемых тел
- •7.1.1. Геометрические параметры несущей поверхности (крыла)
- •7.1.2 Геометрические параметры несущих частей самолета (фюзеляжа)
- •7.2.1. Аэродинамические схемы. Продольная балансировка, устойчивость и управляемость самолета
- •ΔδΔYг.О.ΔMz ΔωzΔαΔYсам δ¯ny.
- •7.2.2. Боковая балансировка, устойчивость и управляемость самолета
- •7.2.3. Состав системы управления самолетом
- •7.2.4. Показатели управляемости самолета
- •7.3. Влияние на аэродинамическую компоновку условий базирования и эксплуатации
- •7.4. Летательные аппараты короткого и вертикального взлета и посадки
- •7.4.1. Вертолеты
- •7.4.2. Самолеты вертикального (укороченного) взлета и посадки
- •7.5. Гидроавиация
- •7.6. Самолет изменяемой геометрии
- •7.7. Средства обнаружения и аэродинамическая компоновка
- •7.8. Аэродинамическая компоновка и активные системы управления
- •Глава 8 основы прочности и жесткости летательных аппаратов
- •8.1. Нагружение агрегатов самолета и их деформация под нагрузкой
- •8.2. Статическое и динамическое нагружение частей летательных аппаратов
- •8.3. Нормы прочности - закон при создании конструкции самолета
- •8.4. Предварительная динамическая компоновка летательных аппаратов
- •8.5. Прочностной эксперимент
- •8.6. Активные системы управления и нагружение частей самолета
- •8.7. Понятие надежности и живучести летательного аппарата
- •Инженерные основы авиационной техники
- •Глава 9 взлетная масса самолета
- •9.1. Взлетная масса как критерий выбора проектного решения
- •9.2. Уравнение существования самолета
- •Глава 10 основные элементы конструкции летательных аппаратов
- •10.1. Основные конструкционные материалы
- •10.2. Внешние нагрузки и реакции опор
- •10.3. Простейшие виды нагружения и простейшие конструктивные элементы
- •10.3.1. Растяжение
- •10.3.2. Сжатие
- •10.3.3. Сдвиг
- •10.3.4. Кручение
- •10.3.5. Изгиб
- •10.4. Подкрепленные тонкостенные оболочки - основа конструкции планера летательных аппаратов
- •Глава 11 элементы конструкции планера самолета
- •11.1. Примеры конструктивно-технологических решений
- •11.2. Конструктивно-силовые схемы агрегатов планера самолета
- •11.3. Реализация требований тз в процессе разработки конструкции
- •Глава 12 элементы конструкции систем управления
- •12.1. Системы прямого управления самолетом
- •12.2. Усилия на рычагах управления
- •12.3. Система непрямого (бустерного) управления
- •Глава 13 элементы конструкции шасси
- •13.1. Движение самолета по аэродрому
- •13.2. Амортизационная система самолета
- •13.3. Конструктивные схемы амортизационных стоек шасси
- •Глава 14 основы устройства силовых установок летательных аппаратов
- •14.1. Двигатели, применяемые на летательных аппаратах
- •14.2. Воздухозаборники и сопла двигателей самолета
- •14.3. Топливная система самолета
- •Глава 15 бортовые системы и оборудование самолета
- •15.1. Пассажирское бортовое и специальное оборудование
- •15.2. Системы кондиционирования и индивидуального жизнеобеспечения
- •15.2.1. Влияние условий полета на организм человека
- •15.2.2. Системы кондиционирования воздуха в гермокабинах
- •15.2.3. Системы индивидуального жизнеобеспечения
- •5.3. Системы защиты в особых условиях
- •15.3.1. Противообледенительные системы
- •15.3.2. Противопожарные системы
- •15.4. Системы спасения и десантирования
- •15.4.1. Средства спасения на пассажирских самолетах
- •15.4.2. Средства спасения на военных самолетах
- •15.4.3. Системы десантирования
- •15.5. Пилотажно-навигационное и радиотехническое оборудование
- •15.5.1. Пилотажно-навигационное оборудование
- •15.5.2. Радиотехническое оборудование
- •15.5.3. Комплексы бортового радиоэлектронного оборудования
- •15.5.4. Бортовое оборудование и кабина экипажа
- •15.6. Бортовые энергетические системы летательных аппаратов
- •Глава 16 основы производства летательных аппаратов
- •16.1. Основные этапы изготовления летательных аппаратов
- •16.2. Производство авиационного предприятия и субподрядчики
- •16.3. Стандартизация и унификация в авиационном производстве
- •16.4. Некоторые технологические аспекты проектирования летательных аппаратов
- •Глава 17 основы эксплуатации летательных аппаратов
- •17.1. Основные фазы существования летательных аппаратов в эксплуатации
- •17.2. Некоторые аспекты технической эксплуатации агрегатов и систем самолета
- •17.3. Некоторые эксплуатационные аспекты проектирования
- •Глава 18 основы проектирования летательных аппаратов
- •18.1. Содержание процесса и основные этапы проектирования летательных аппаратов
- •18.2. Некоторые экономические аспекты проектирования
- •18.3. Некоторые эргономические и экологические аспекты проектирования
- •18.4. Формальные и неформальные аспекты проектирования
- •18.5. Проектирование самолета и эвм
- •18.6. Сертификация самолетов гражданской авиации
- •Часть четвертая краткий обзор развития отечественной авиационной техники
- •Глава 19 самолетостроение в довоенный период и в годы великой отечественной войны
- •19.1. Начало пути
- •19.2. Самолеты 30-х годов
- •19.3. Самолеты предвоенных лет и в годы Великой Отечественной войны Советского Союза
- •Глава 20 отечественная авиация в послевоенный период
- •20.1. Освоение больших дозвуковых скоростей полета
- •20.2. Сверхзвуковая боевая авиация
- •20.3. Развитие гражданской авиации
- •20.4. Гражданские и боевые вертолеты
- •20.5. Авиация России в 90-е годы
- •Глава 21 возможные пути развития гражданской авиации и задачи, стоящие перед самолетостроением
- •21.1. Общие закономерности развития гражданского самолетостроения
- •21.2. Увеличение коммерческой нагрузки
- •21.3. Увеличение рейсовой скорости
- •21.4. Уменьшение расходов на эксплуатацию
- •21.5. Уменьшение массы самолета
- •21.6. Увеличение аэродинамического качества самолета
- •21.7. Уменьшение расхода топлива
- •Заключение
13.2. Амортизационная система самолета
Вертикальная составляющая кинетической энергии самолета в момент касания земли при посадке Ey = mVy2/2 определяет работу Ay амортизационной системы самолета. По закону сохранения энергии при ударе самолета о землю производится работа
Ay = Ey = P s η,
где |
P |
- |
максимальная сила удара самолета при посадке; |
|
|
s |
- |
путь этой силы; |
|
|
η |
- |
КПД системы, учитывающий то обстоятельство, что сила P изменяется при уменьшении (гашении) вертикальной скорости самолета (Vy в момент касания земли) до нуля. |
|
Если не принять специальных мер, кинетическая энергия самолета трансформируется в работу деформации ВПП и конструкции самолета, но поскольку эти деформации s (т.е. путь силы удара самолета при посадке) весьма малы, то сила P будет непомерно велика и разрушит конструкцию самолета.
Рис. 13.3. Деформация пневматика при обжатии |
При ударе колес о поверхность ВПП происходитобжатие пневматика (рис. 13.3) и совершается работа на упругую деформацию покрышки колеса (резины и корда) и незначительное сжатие воздуха в пневматике. Температура пневматика и воздуха в нем повышается, и за счет этого происходит рассеивание части энергии в окружающем пространстве в виде тепла.
Превращение части механической (кинетической) энергии в тепловую и рассеивание ее в пространстве называетсягистерезисом (от греч. hysteresis- отставание, запаздывание).
Однако гистерезис пневматика очень мал. Основная часть энергии, накопленная пневматиком в виде потенциальной энергии сжатого воздуха и энергии упругой деформации покрышки, возвращается самолету, который после удара о землю может подпрыгивать ( "козлить").
Следовательно, помимо колеса с пневматиком, необходимо дополнительное устройство, обладающее большим, чем колесо, гистерезисом. Большим гистерезисом обладает, например, гидравлическоедемпфирующее устройство - демпфер, схема которого показана на рис. 13.4.
Рис. 13.4. Схема гидравлического демпфера |
СилаP, приложенная к штоку 1, вызывает поступательное движение поршня 2 внутри гидроцилиндра 3, заполненного рабочей жидкостью и закрепленного на опоре 4.
При этом рабочая жидкость вытесняется поршнем2 из полости 5 цилиндра и, проходя через калиброванные отверстия 6 в поршне 2, поступает в полость 7 гидроцилиндра. Работа силы P на перемещение штока расходуется на преодоление сил трения подвижных частей и, в основном, на проталкивание рабочей жидкости через калиброванные отверстия, т. е. на преодоление сил гидравлического сопротивления при перетекании жидкости. Это сопротивление тем больше, чем больше скорость движения штока (и, соответственно, скорость течения жидкости через отверстия в поршне) и чем меньше диаметр (калибр) отверстий.
За счет трения частиц жидкости друг о друга и о стенки отверстия повышается температура жидкости и конструкции демпфера. Через стенки демпфера в виде тепла рассеивается в пространстве вся энергия, приложенная к штоку демпфера.
Однако если такое устройство будет использовано для поглощения кинетической энергии самолета при посадкеAy, то, поглотив всю энергию Ay, демпфер превратится в жесткую конструкцию (шток встанет на упор). Удары колеса о неровности ВПП при пробеге и рулежке будут в этом случае передаваться на конструкцию самолета, что недопустимо.
Поэтому после восприятия удара необходимо возвращать демпфирующий элемент в исходное положение. Это можно осуществить, "запасая" часть энергии вупругом элементе и расходуя ее после удара на возвращение демпфирующего элемента в исходное положение.
Амортизатор шасси (независимо от конструктивного выполнения) - устройство, совмещающее в себе демпфирующий и упругий элементы и предназначенное для снижения нагрузок на конструкцию самолета за счет поглощения и рассеивания энергии ударов, которые испытывает самолет при посадке и движении по ВПП.
Упругим элементом амортизатора может быть, например, пружина. На рис. 13.5 показана схемажидкостно-пружинного амортизатора.
Рис. 13.5. Схема жидкостно-пружинного амортизатор |
После контакта колеса с ВПП в момент посадки (рис. 13.5,а) сила от колеса передается на шток амортизатора 1. Центр масс снижающегося самолета и корпус (цилиндр) 2 амортизатора, неподвижно закрепленный на конструкции планера самолета 4, движутся вниз (прямой ход).
При этом часть энергии самолета рассеивается за счет перетекания жидкости в демпфирующем элементе амортизатора и за счет трения подвижных частей амортизатора.
Оставшаяся энергия запасается амортизатором в виде энергии упругой деформации пружины3.
Напомним, что весьма незначительная часть энергии самолета трансформируется в тепловую и упругую энергию пневматиком колеса.
После окончания прямого хода (когда вся энергия самолета полностью передана амортизатору и амортизатор полностью обжат) за счет распрямления пружины3 начинается обратный ход (рис. 13.5,б). При этом центр масс самолета поднимается вверх за счет энергии, запасенной упругим элементом амортизатора (в данном случае - пружины).
Однако не вся упругая энергия превращается в потенциальную энергию положения самолета относительно поверхности ВПП. Часть ее на обратном ходе также рассеивается в виде тепла за счет перетекания жидкости в демпфирующем элементе амортизатора. Таким образом, происходитторможение (уменьшение кинетической энергии Ey = mVy2/2 и, следовательно, уменьшение Vy) на прямом и обратном ходе.
Энергия, запасаемая упругим элементом амортизатора, достаточно велика, и обратный ход амортизатора происходит весьма интенсивно, что может вызвать "козление" самолета. Чтобы избежать этого явления и получить более "мягкий" амортизатор, нужно увеличить количество энергии, рассеиваемой на обратном ходе.
Это осуществляют, вводя в конструкцию амортизатораклапан торможения на обратном ходе.
Принцип работы клапана торможения на обратном ходе иллюстрирует рис. 13.6.
Рис. 13.6. К объяснению принципа работы клапана торможения на обратном ходе |
Клапан торможения5 представляет собой цилиндрический стакан, который может свободно перемещаться ("плавать") по штоку 7 амортизатора между упором 6 на штоке и буксой (поршнем) 3, подпружиненной в корпусе 8 пружиной 1.
При прямом ходе амортизатора (рис. 13.6,а) рабочая жидкость перетекает из верхней полости цилиндра в нижнюю через калиброванные отверстия 2 в поршне (буксе) 3. Так как калиброванные отверстия 4 в клапане торможения меньше отверстий в буксе, клапан потоком жидкости отжимается вниз до упора на штоке, и основной поток жидкости из верхней полости перетекает в нижнюю, минуя клапан торможения.
При обратном ходе (рис. 13.6,б) клапан 5 потоком жидкости прижимается к поршню (буксе) 3, и жидкость из нижней полости перетекает в верхнюю через малые отверстия клапана с большим сопротивлением и, соответственно, с большим, чем на прямом ходе, преобразованием кинетической энергии в тепловую (торможением).
Напомним, что сила, которая передается с амортизатора на конструкцию планера самолета, зависит от хода амортизатора и способности его поглощать и рассеивать энергию. В настоящее время наибольшее распространение получилижидкостно-газовые амортизаторы, в которых в качестве упругого элемента используется сжатый газ. Принципиальная схема жидкостно-газового амортизатора показана на рис. 13.7.
Амортизатор состоит из цилиндра (корпуса)11 и штока (поршня) 10. Цилиндр крепится к конструкции планера самолета, а к штоку присоединяется опорное устройство (например, колесо). Движение штока в цилиндре направляется верхней буксой 6 и нижней буксой 13.
Внутри цилиндра11 укреплен цилиндрический плунжер 2 с отверстиями 1 в стенке. В донышке 4 плунжера 2 имеется калиброванное отверстие 3.
Рис. 13.7. Схема жидкостно-газового амортизатора: а - прямой ход; б - обратный ход |
В верхней буксе6, неподвижно связанной со штоком, также имеются калиброванные отверстия 7.
На упоре9 штока установлен свободноплавающий клапан торможения обратного хода 8. В амортизатор заливают определенное количество рабочей жидкости и заряжают его сжатым газом. Упоры 12 неподвижно закреплены на штоке 10 и, опираясь на нижнюю буксу 13, не позволяют сжатому газу вытеснить шток 10 из полости цилиндра при отсутствии внешней нагрузки на шток.
Герметичностьтелескопического (подвижного в осевом направлении) соединения штока 10 с нижней буксой 13 обеспечивают уплотнительные манжеты 14. Уплотнение 5 обеспечивает герметичность телескопического соединения плунжера 2 и штока 10.
На схеме прямой и обратной ход штока показан при условно неподвижном корпусе амортизатора. Стрелками обозначено движение жидкости. Стрелки на плоскости раздела жидкости и газа показывают давление в газовой полости амортизатора.
Опишите работу амортизатора на прямом и обратном ходе. |
При достаточно большом ходе амортизатора s удается получить приемлемые нагрузки P = Ey/sη на конструкцию планера самолета. Амортизационная система самолета - это, таким образом, система амортизационных стоек (амортстоек шасси, стоек шасси), включающих в себя колесо (или другое опорное устройство) и собственно амортизатор, имеющий демпфирующий и упругий элементы.