СПОСОБ ЗАГРУЗКИ ПЕДАЛИ НОЖНОГО ПОСТА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗАМИ САМОЛЕТА И ПЕДАЛЬНЫЙ УЗЕЛ НОЖНОГО ПОСТА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF LOADING AIRCRAFT BRAKE CONTROL SYSTEM FOOT STATION PEDALS AND FOOT STATION PEDAL ASSEMBLY TO THIS END

Изобретение относится к электродистанционной системе управления тормозами самолета, где применяется как педальный, так и автоматический режим управления тормозами.
Известна система управления тормозами колес шасси летательного аппарата, содержащая ножной пост с педалью, силовой цилиндр, взаимодействующий с педалью ножного управления тормозами, состоящей из рычага, подвижно закрепленного на корпусе, причем один его конец шарнирно соединен с отклоняемой площадкой, а другой - с рулем высоты, при этом система снабжена качалкой, шарнирно установленной на корпусе летательного аппарата и подпружиненной относительно другой его плоскости, тягой, соединяющей качалку с отклоняемой площадкой, упорами, установленными на качалке и взаимодействующими с силовым цилиндром (патент РФ на полезную модель №7086, B64C 25/44, 1998). Конструкция данного устройства направлена на повышение надежности тормозной системы самолета путем недопущения выхода на опасные режимы.
Известна система управления тормозами колес самолета, в которой обеспечивается постоянное замедление самолета в процессе торможения за счет управления тормозами на основе постоянных вычислений с использованием данных от аэродинамических нагрузок и от сигнала от тормозов колес, за счет чего не допускается занос колес. Контроллер вычисляет усилие торможения, требуемое для каждого колеса, и использует эту информацию для распределения суммарного усилия торможения между всеми колесами, чтобы обеспечить симметричное торможение самолета без перегрева тормозной системы и снизить износ колес (международная заявка WO 2005087563, B60T 8/00, 2005).
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является система управления тормозами колес самолета (заявка Великобритании GB 2476531, B64C 25/44, 2011), которая содержит педали и вычислитель, на который поступает сигнал об отклонении педали и сигнал о текущем уровне снижения скорости самолета, при этом формируется зависимость уровня отклонения педали от требуемого уровня снижения скорости, если требуемый уровень снижения скорости более текущего уровня. Данное техническое решение направлено на улучшение условий торможения самолета в случае, если текущее значение снижения скорости больше, чем значение снижения скорости, соответствующее отклонению педали.
2
2
В известных конструкциях, в том числе и в ближайшем аналоге, в процессе обжатия тормозных педалей осуществляется переход в виде изменения градиента усилий, приложенных пилотом к педалям, с режима нормального торможения (до 85% хода педалей с замедлением до 3 м/с) на нормальный режим с увеличенной характеристикой замедления (от 85% до 100% хода педалей с замедлением до 5 м/с).
Изменение градиента усилий, приложенных пилотом к педалям, в момент перехода с режима нормального торможения на нормальный режим с увеличенной характеристикой замедления, для пилота не ощутим, так как обычно в этот момент происходит очень плавный переход от меньшего градиента нарастания тормозного момента, приложенного к педалям, к большему (см., например фиг.1 и фиг.2 ближайшего аналога - GB 2476531).
При посадке пилот не ощущает момента перехода из одного режима торможения в другой, вследствие чего в ряде случаев в ситуации, которая позволила бы садиться при нормальном торможении, пилот выходит на увеличенное замедление самолета из-за отсутствия его информированности об изменении режима торможения при обжатии педалей, что приводит к возрастанию температуры колес и дополнительному износу шин. Кроме того, возможен увод самолета при посадке, а неравномерный нагрев тормозов колес левой и правой основных опор самолета - к их перегреву, что вызвано неравномерным нажатием тормозных педалей в районе изменения резко отличающихся режимов торможения. Перегрев одних тормозов по отношению к другим требует дополнительного времени на необходимость охлаждения перегретых тормозов, что приводит к необоснованным дополнительным расходам авиакомпаний из-за задержки очередных вылетов пассажиров и простоев в аэропортах.
В случае экстренного торможения неравномерное торможение приведет к необоснованному выходу из строя перегретых колес, тормозов и шин более заторможенной основной опоры и большим материальным потерям, связанным с заменой тормозов, колес и шин.
Кроме того, при торможении пилот чувствует дискомфорт от чрезмерного усилия обжатия тормозных педалей, особенно устают распрямленные стопы ног в конце хода педалей при завышенном градиенте нарастания тормозного момента.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности работы системы торможения, увеличение ресурса тормозных колес и сокращение необоснованных дополнительных расходов авиакомпаний за счет создания условий, при которых в процессе торможения при нажатии на тормозные педали пилот был бы информирован о моменте перехода с режима нормального торможения на нормальный режим с увеличенной характеристикой замедления для обеспечения эффективного и, при необходимости, синхронного торможения колесами левой и правой опор шасси.
Поставленная задача решается за счет того, что при осуществлении способа загрузки педали ножного поста системы управления тормозами колес пилот нажимает на тормозные педали, обеспечивая их поворот, при этом в процессе поворота любой из тормозных педалей пилот преодолевает усилие последовательно нагружаемых пружин соответствующего пружинного загружателя тормозной педали. На первом этапе, в режиме нормального торможения, пилот, нажимая на тормозную педаль, преодолевает только усилие растяжения двух пружин растяжения, а на втором этапе (при дальнейшем повороте педали), в режиме нормального торможения с увеличенной характеристикой замедления, усилие растяжения двух пружин растяжения суммируется с усилием сжатия пружины сжатия, причем при переходе с одного режима торможения на другой нагрузка на педаль в начальный момент обжатия пружины сжатия повышается ступенчато за счет установки пружины в предварительно сжатом состоянии.
Для педального узла ножного поста системы управления тормозами колес поставленная задача решается следующим образом.
Педальный узел управления тормозами колес основной опоры самолета включает:
- узел навески пружинного загружателя, состоящий из неподвижно закрепленного на корпусе ножного поста верхнего звена и шарнирно установленного на нем нижнего звена;
- тормозную педаль с рычагом, жестко связанным с тормозной педалью с образованием двуплечей качалки, причем тормозная педаль шарнирно закреплена на оси нижнего подвижного звена узла навески;
- пружинный загружатель тормозной педали, содержащий верхний кронштейн, шарнирно закрепленный на свободном конце верхнего неподвижного звена узла навески, шток с опорной площадкой, верхним концом жестко связанный с верхним кронштейном, нижний подвижный кронштейн, шарнирно закрепленный на конце рычага, являющегося частью тормозной педали, при этом нижний кронштейн состоит из двух разъемных половинок, охватывающих неподвижный шток с опорной площадкой, внутри нижнего кронштейна на штоке расположена предварительно сжатая пружина, причем ее нижний торец опирается на опорную площадку штока, а верхний торец фиксируется конструктивным элементом, например распорной втулкой, позволяющим удерживать пружину в заданном предварительно сжатом состоянии, например с усилием 4 кг, две пружины растяжения, соединенные одним концом с верхним кронштейном, а другим - с нижним подвижным кронштейном, установленным с возможностью перемещения по штоку и с возможностью взаимодействия с пружиной сжатия, воздействуя на нее посредством соответствующей плоской поверхности через промежуточный конструктивный элемент, например фланец распорной втулки, охватывающий шток с возможностью перемещения по нему от воздействия нижнего кронштейна.
Общим техническим результатом, который достигается при использовании заявленных способа и устройства, является улучшение эргономических свойств педального узла, в том числе повышение удобства эксплуатации и обеспечение информированности пилота о текущем режиме торможения, что, в конечном итоге, приводит к повышению надежности работы системы управления тормозами, а также к исключению преждевременного износа шин.
Улучшение эргономических свойств, в том числе повышение удобства эксплуатации, достигается за счет создания условий, при которых в процессе нажатия на тормозную педаль пилот ощущает дискретное возрастание усилия (ступеньку) на тормозной педали в момент перехода с режима нормального торможения на нормальный режим с увеличенной характеристикой замедления, тем самым получает информацию о том, что при дальнейшем нажатии на педаль произойдет переход на повышенное торможение. Вследствие этого появилась возможность снизить на этом этапе градиент нарастания усилия обжатия тормозных педалей и, тем самым, создать более удобные условия эксплуатации системы управления тормозами. При использовании изобретения не требуется создавать большие усилия при нажатии на тормозную педаль в конце ее хода, так как пилот, чувствуя «ступеньку» в момент изменения режима торможения, понимает, что он переходит на повышенный режим торможения, причем этот эффект обеспечивается при сниженном, по сравнению с ближайшим аналогом, усилии обжатия тормозных педалей. Обеспечение информированности пилота о текущем режиме торможения позволяет повысить надежность работы системы управления тормозами вследствие дозированного обжатия тормозных педалей пилотом - это исключает увод самолета и неравномерный нагрев тормозов, вызванный различными режимами торможения применительно к левой и правой опорам самолета, также обеспечивается возможность производить посадку самолета при нормальном торможении без выхода на увеличенное замедление, если такая необходимость отсутствует (тем самым исключается возрастание температуры колес и преждевременный износ шин).
Изобретение поясняется графическими материалами, на которых изображено:
на фиг.1 представлена диаграмма изменения замедления самолета в зависимости от хода тормозных педалей;
на фиг.2 представлены совмещенные диаграммы нагрузок на педали для ближайшего аналога и заявленного устройства, которые должен преодолеть пилот для их перемещения в зависимости от хода педалей;
на фиг.3 представлен чертеж ножного поста;
на фиг.4 представлен чертеж педального узла;
на фиг.5 - фазы работы пружинного загружателя педального узла управления тормозами колес без предварительно сжатой пружины сжатия;
на фиг.6 - фазы работы пружинного загружателя педального узла управления тормозами колес заявленного устройства (с первым вариантом средства, создающего предварительное сжатие пружины сжатия);
на фиг.7 представлен чертеж одной из половинок нижнего кронштейна пружинного загружателя педального узла с основными функциональными рабочими плоскостями;
на фиг.8 - второй вариант выполнения промежуточного конструктивного элемента, создающего предварительное сжатие пружины сжатия;
на фиг.9 - третий вариант выполнения промежуточного конструктивного элемента, создающего предварительное сжатие пружины сжатия.
Система управления тормозами колес содержит ножной пост с корпусом 1, педальный узел 2 управления тормозами колес самолета (см. фиг.3 и фиг.4), в состав которого входит узел навески пружинного загружателя 3 и тормозной педали 4 с рычагом 5.
В кабине экипажа на корпусе 1 каждого из установленных для левого и правого пилотов ножных постов размещены по два педальных узла управления тормозами колес левой и правой основных опор самолета.
Узел навески пружинного загружателя 3 и педали 4, жестко соединенной с рычагом 5, состоит из верхнего звена 6, неподвижно закрепленного на корпусе ножного поста 1, и шарнирно установленного на нем нижнего звена 7.
Следует отметить, что назначением тормозной педали 4 является не только управление тормозами, но и управление рулем направления (в данной заявке конструктивные особенности и работа тормозной педали при реализации этой функции не рассматриваются). При управлении тормозами шарнир, связывающий нижнее звено 7 с корпусом ножного поста, не задействован. Этот шарнир используется при поступательном перемещении педали без ее поворота относительно оси 8 (для управления рулем направления или при одновременном поступательном перемещении педали и ее повороте относительно оси 8 (для одновременного управления рулем направления и осуществлении торможения)
Тормозная педаль 4 с рычагом 5, совместно образующие двуплечую качалку, шарнирно закреплена на нижней оси 8 нижнего подвижного звена 7 узла навески, а рычаг 5 свободным концом соединен с пружинным загружателем 3.
Пружинный загружатель 3 тормозной педали содержит:
- верхний кронштейн 9, шарнирно закрепленный на свободном конце верхнего неподвижного звена 6 узла навески,
- шток 10 с опорной площадкой 11, верхним концом жестко связанный с верхним кронштейном 9,
- нижний подвижный кронштейн 12, шарнирно закрепленный на конце рычага 5, являющегося частью тормозной педали 4 (жестко связанного с педалью с образованием двуплечей качалки).
При этом нижний кронштейн 12 пружинного загружателя 3 состоит из двух разъемных половинок, охватывающих неподвижный шток 10 с опорной площадкой 11, внутри нижнего кронштейна на штоке расположена предварительно сжатая пружина сжатия 13.
Нижний торец предварительно сжатой пружины сжатия 13 опирается на опорную площадку штока, а верхний торец фиксируется конструктивным элементом 14, позволяющим удерживать предварительно сжатую пружину сжатия 13 в заданном предварительно сжатом состоянии, например с усилием сжатия 4 кг. Две пружины растяжения 15 соединены одним концом с верхним кронштейном 9, а другим - с нижним подвижным кронштейном 12, установленным с возможностью перемещения по штоку 10 и с возможностью взаимодействия с пружиной сжатия 13 путем воздействия на ее торец плоской поверхностью 16.
Один из вариантов выполнения промежуточного конструктивного элемента в виде распорной втулки, создающей предварительное обжатие пружины сжатия 13, изображен на фиг.6. Распорная втулка охватывает шток 10 и свободно установлена на нем с возможностью перемещения. Когда тормозная педаль не нажата, верхний фланец распорной втулки упирается в неподвижную часть пружинного загружателя, а ее нижний фланец 17 взаимодействует с торцом предварительно сжатой пружины сжатия 13, обеспечивая заданное усилие предварительного обжатия (преимущественно 4 кг). При нажатии на тормозную педаль нижний подвижный кронштейн 12 перемещается по штоку 10 и нажимает на торец пружины сжатия 13, при этом для дальнейшего перемещения педали пилоту необходимо преодолеть дополнительное сопротивление пружины сжатия, обусловленное ее предварительным обжатием. В этот момент пилот чувствует существенное возрастание усилия на тормозной педали без ее поворота, что сигнализирует о переходе с режима нормального торможения на нормальный режим с увеличенной характеристикой замедления.
На фиг.8, 9 показаны два других варианта выполнения промежуточного конструктивного элемента 14, посредством которых реализуется возможность предварительного сжатия пружины сжатия 13.
На фиг.8 показан второй вариант реализации возможности размещения на свободном конце штока 10 предварительно сжатой пружины сжатия 13, а при воздействии на пружину поверхности 16 нижнего подвижного кронштейна 12 обеспечить ее дальнейшее сжатие.
Предварительное сжатие пружины сжатия 13 осуществляется за счет использования промежуточного конструктивного элемента 14, выполненного в виде скользящей по штоку втулки с фланцем с ограничением ее перемещения вверх по штоку упором в кольцевую площадку 21, выполненную на штоке за счет занижения диаметра его свободного конца.
При этом шток 10 выполнен раздельно с опорной площадкой 11. Опорная площадка 11 привинчивается к тонкому концу штока 10 после установки на шток со стороны его тонкого конца втулки 14 и пружины 13, при этом осуществляется предварительное сжатие пружины 13.
При движении нижнего кронштейна 12 вниз его плоскость 16, воздействуя через плоскость 17 фланца втулки 14 на торец пружины 13, преодолевает усилие предварительной затяжки пружины и происходит дальнейшее сжатие пружины. Пилот воспринимает резкое возрастание усилия на тормозной педали и понимает, что происходит переход с режима нормального торможения на нормальный режим с увеличенной характеристикой замедления.
На фиг.9 показан третий вариант реализации возможности размещения на свободном конце штока 10 предварительно сжатой пружины сжатия 13, а при воздействии на пружину поверхности 16 нижнего подвижного кронштейна 12 обеспечить ее дальнейшее сжатие.
Предварительное сжатие пружины сжатия осуществляется за счет использования устройства, состоящего из скользящей по штоку 10 втулки с фланцем и упругого стопорного кольца 23, ограничивающего перемещение втулки вверх по штоку из-за ее упора в это стопорное кольцо. Упругое стопорное кольцо 23 установлено в предварительно выполненной канавке 22 на штоке 10 со стороны его свободного конца. При этом на шток 10 вначале устанавливается пружина сжатия 13 и промежуточный конструктивный элемент - втулка 14, затем втулкой 14 предельно обжимается пружина сжатия 13, и в канавку 22 устанавливается упругое стопорное кольцо 23. Затем пружина сжатия 13 распрямляется до уровня заданного предварительного сжатия. При движении нижнего кронштейна 12 вниз его плоскость 16, воздействуя через плоскость 17 фланца втулки 14 на торец пружины 13, преодолевает усилие предварительной затяжки пружины и происходит дальнейшее сжатие пружины. При резком возрастании усилия на педали пилот получает информацию о переходе с режима нормального торможения на нормальный режим с увеличенной характеристикой замедления.
Способ загрузки педали ножного поста системы управления тормозами самолета реализуется при работе педального узла ножного поста. При нажатии на тормозную педаль 4 она поворачивается на оси 8 педального узла, взаимодействуя через рычаг 5 с пружинным загружателем 3 (см. фиг.4), при этом пружины растяжения 15 пружинного загружателя педали управления тормозами колес создают усилие на педали, пропорциональное перемещению педали (см. фиг.2). На первом этапе (от 0% до 85% хода педали) педаль загружают только пружины растяжения 15, что соответствует режиму нормального торможения. При дальнейшем нажатии на педаль 4 (от 85% до 100% хода педали) в режиме нормального торможения с увеличенной характеристикой замедления педаль одновременно загружают пружины растяжения 15 и предварительно сжатая пружина сжатия 13 (см. фиг.1 и фиг.2). Поскольку пружина сжатия 13 имеет предварительное обжатие, пилоту, чтобы продолжить перемещение педали, приходится прикладывать дополнительное усилие к тормозной педали 4, что хорошо ощущается пилотом, тем самым за счет того, что усилие на педаль некоторое время возрастает, а ее перемещение (поворот) отсутствует, пилот получает информацию о переходе с режима нормального торможения на режим нормального торможения с увеличенной характеристикой замедления. Ступенчатое повышение нагрузки на педаль в начальный момент обжатия предварительно сжатой пружины сжатия 13 происходит вследствие воздействия плоскости 16 нижнего кронштейна 12 на верхний торец предварительно сжатой пружины сжатия 13 через промежуточный элемент 17 при повороте педали (см. фиг.6).
На известных из уровня техники ножных постах загрузочное устройство педального узла выполнено с возможностью увеличенного градиента усилия на тормозной педали в режиме нормального торможения с увеличенной характеристикой замедления по сравнению с режимом нормального торможения, плавное повышение нагрузки на педаль в начальный момент обжатия свободно размещенной внутри нижнего подвижного кронштейна 12 пружины сжатия 20 происходит вследствие воздействия плоскости 16 нижнего кронштейна 12 непосредственно на верхний торец пружины 20 при повороте педали (см. фиг.5), что не позволяет своевременно определить начало перехода между режимами торможения.
На фиг.7 показана одна из половинок составного нижнего кронштейна 12 с плоскими поверхностями различного назначения, где поверхность нижнего кронштейна 19, опираясь на внешнюю поверхность опорной площадки 11 при заданной длине неподвижного штока 10, под действием предварительно растянутых пружин растяжения 15 определяет нейтральное положение тормозной педали. При нажатии на тормозную педаль 4 шарнирно соединенный с рычагом педали нижний подвижный кронштейн 12 опускается вниз до соприкосновения поверхности 18 с внутренней поверхностью опорной площадки 11 и тем самым определяет максимальный ход тормозной педали. В режиме нормального торможения с увеличенной характеристикой замедления под действием поверхности 16 происходит сжатие предварительно сжатой пружины сжатия 13.
В заявленном изобретении для обеспечения мгновенного восприятия пилотом момента перехода с режима нормального торможения на режим нормального торможения с увеличенной характеристикой замедления загрузочное устройство педального узла выполнено с возможностью создания ступенчатого повышения нагрузки на педаль при переходе с одного режима на другой.