ШАССИ (ВАРИАНТЫ)
LANDING GEAR (VERSIONS)

Изобретение относится к авиации и предназначено для самолетов и особенно для самолетов с вертикальным взлетом и вертолетов.
Известны шасси вертолетов, состоящие из 3-4 колес или двух продольных лыж. Их недостаток - повышенные требования к горизонтальности и ровности посадочной площадки (см., например, пат. 2030328).
Вариант 1. Сущность простейшего варианта изобретения в том, что шасси имеет два или боле гидроцилиндра, соединенных трубопроводом с вентилем (вентилями).
Простейший вариант для трехколесного шасси состоит всего из двух гидроцилиндров и одного вентиля на трубопроводе между ними и компенсирует неровность посадочной площадки только по крену (что более актуально, чем по тангажу).
При касании поверхности земли одной стойкой шасси она начинает подниматься этим усилием, и жидкость из нее перетекает во второй гидроцилиндр, который начинает опускаться (если изначально был в среднем положении). Как только произойдет второе касание, в трубопроводе начнет повышаться давление. При повышении давления вентиль следует закрыть или он закроется автоматически, и перемещение штоков гидроцилиндров заблокируется. Шасси готово к восприятию полной нагрузки. Вертолет садится вертикально на неровную поверхность (фиг.2).
Вентиль может быть ручным, дистанционным, автоматическим с электро- или электропневмо- или электрогидравлическим приводом от показаний электроконтактного манометра или реле давления в указанном трубопроводе, или от суммы показаний датчиков качания земли всеми стойками с гидроцилиндрами, или автоматическим прямого действия (т.е. гидравлическим с приводом от этого же давления).
В случае, если число стоек 3 и более, потребуется специальный многоходовой вентиль или потребуется количество однолинейных вентилей, на единицу меньшее числа стоек (для надежности - равное числу стоек). Для надежности однолинейные вентили при этом следует располагать как можно ближе к гидроцилиндрам.
Гидроцилиндры при достаточном диаметре могут сами выполнять функцию стоек шасси или выполнять только функцию фиксации и амортизации на шасси любой кинематической схемы. В последнем случае часть трубопровода должна быть гибкой (шланг).
Изобретение применимо и для лыжного шасси. В этом случае стойки лыж должны быть подвижными в виде параллелограмма с одним кулисным креплением, а шасси рассчитывается как 4-стоечное.
Диаметры гидроцилиндров должны быть пропорциональны квадратному корню из нагрузки на стойку. В случае, если вес поршня со штоком и опорной частью шасси в килограммах превысит площадь поршня в кв. см., то есть превысит атмосферное давление на поршень, оба шасси могут опуститься в нижнее положение с образованием в гидросистеме вакуумной полости. Чтобы при этом не произошло разрыва жидкости (он сопровождается резким скачком усилия) в верхней части каждого гидроцилиндра может быть специально оставлена небольшая полость с азотом.
Вариант 2. Чтобы избежать указанного явления, штоковая полость гидроцилиндра может быть герметизирована и представляет собой масляно-пневматическую (далее «пневматическую») полость повышенного давления (компенсирующего вес подвижных частей шасси). При этом возможны два подварианта:
а) полость является индивидуальной для каждого гидроцилиндра. При этом пневмоемкостью может являться полый шток гидроцилиндра (нижняя часть фиг.3),
б) пневмополости всех гидроцилиндров соединены трубопроводом (чтобы отличать его от трубопровода для гидрожидкости, назовем его «невмопроводом»). Желательно, чтобы эта система была заполнена азотом. При этом пневмополости могут быть в штоках гидроцилиндра, или может иметься отдельная общая пневмополость, или и то и другое. Это решение предпочтительней, так как выравнивает компенсирующее усилие во всех стойках. При разном весе подвижных частей стоек площадь штоковой поверхности поршня должна быть пропорциональна этому весу, то есть, имея заданный из условия Варианта 1 диаметр цилиндра, подбирается диаметр штока.
Вариант 3. Если от шасси требуется амортизация ударов о землю (что более характерно для самолетных шасси), то в гидролинии каждого гидроцилиндра должна быть пневмогидрополость (не путать с упомянутой пневмополостью), воспринимающая переток гидрожидкости под давлением. Наиболее рационально расположить ее в этом же гидроцилиндре, отделив от основной части гидроцилиндра вспомогательным поршнем с ограниченным ходом (упирающимся в перегородку с отверстием). Смотрите верхнюю часть фиг.3
В этом случае после закрытия вентиля (вентилей) шток гидроцилиндра может продолжить сжатие. Но если до этого оно было практически безусильным (только силы трения в уплотнениях - из чего, кстати, следует, что они должны быть минимизированы), то после закрытия вентиля сжатие будет происходить с большим усилием, определяемым давлением азота в пневмогидрополости.
Небольшое отверстие, а возможно - и обратный клапан (клапаны) в перегородке, будут способствовать демпфированию ударов и гашению отбоя шасси.
Для вертолетов применение варианта 3 не обязательно.
Вариант 4. Шасси по варианту 2 при небольшом усовершенствовании может выполнять сразу 5 дополнительных функции:
а, б) Определение взлетного веса и центровки самолета или вертолета. Для этого в гидролинии каждого гидроцилиндра должен быть манометр или дифманометр (при наличии пневмополости). Сравнивая показания всех дифманометров судят о центровке - она равна расчетной при равенстве давлений. По сумме их показаний судят о взлетном весе, при равенстве показаний дифманометров одно из них умножается на суммарную разницу площадей всех поршней и всех штоков, к которой добавляется произведение суммы показаний дифманометра и манометра в пневмополости (пневмополостях) на суммарную площадь всех штоков. Так как этот коэффициент при постоянном давлении в пневмополости общей постоянный коэффициент, один из манометров может иметь две шкалы, одна из которых будет проградуирована сразу в единицах веса, например в тоннах. Правильно разместив груз и проверив давление в пневмополости, достаточно одного взгляда на эту шкалу, чтобы узнать точный взлетный вес.
в) Уборка шасси или хотя бы установка его в полетное положение. Для этого достаточно между общим участком пневмолинии и пневмополостью установить реверсивный компрессор (или обычный компрессор с двумя трехходовыми кранами) и снабдить гидросистему шасси баком с вентилем и датчиками уровня. Для облегчения выпуска шасси бак должен иметь поддув, в этом случае давление поддува должно учитываться дифманометром. Открыв многолинейный вентиль или индивидуальные вентили гидроцилиндров и бака мы сообщаем их полости с баком. Затем подав компрессором давление в штоковую полость гидроцилиндров мы вынудим штоки втянуться в гидроцилиндры. При этом шасси займет верхнее положение. Откачав часть азота, мы выпустим шасси.
Если бак не имеет поддува, для облегчения выпуска шасси в гидроцилиндрах могут иметься небольшие пружины.
г) Причем можно выпустить шасси до конца или частично. Для этого при определенном снижении уровня в баке он отключается вентилем (отключается и откачка газа), и дальнейший выход шасси прекращается. При этом способность к самоадаптированию шасси к местности остается. То есть шасси приобретает способность к регулированию клиренса - при ровной посадочной площадке можно сесть, почти касаясь фюзеляжем земли, что облегчит посадку-высадку и погрузку-разгрузку. А при посадке на склон горы можно включить максимальный клиренс.
д) При аварийной посадке на авторотации можно настроить шасси на максимальное гашение удара. Для этого достаточно снабдить все гидроцилиндры предохранительными клапанами.
Перед аварийной посадкой сбрасывается давление из штоковых полостей, (компрессором или аварийным вентилем) и шасси максимально выпускается. Затем перекрывается многолинейный вентиль или индивидуальные вентили гидроцилиндров, отсоединяя их друг от друга. Для надежности - и вентиль бака. При ударе о землю давление в гидроцилиндрах сразу повышается до максимального, ограниченного предохранительным клапаном. Клапан выбрасывает гидрожидкость (в бак или наружу), а шток входит в цилиндр, оказывая максимальное расчетное сопротивление.
Такая система полезна и для компенсации ошибки летчика при «жесткой посадке».
При наличии пневмогидрополости (самолетный вариант шасси) сначала происходит гашение удара за счет сжатия азота в ней. Причем эффективность гашения удара можно несколько повысить, отсоединив пневмогидрополость (если это предусмотреть конструкцией).
Итак, вариант 4 должен дополнительно иметь: манометры и дифманометры, манометры в пневмополости, реверсивной компрессор в пневмолинии, бак с вентилем и датчиками уровня, предохранительные клапаны в гидроцилиндрах и, необязательно, отсоединители пневмогидрополостей, если они есть (например, золотники в перегородках гидроцилиндров). Учитывая, что манометры и предохранительные клапаны - детали минимального веса и стоимости, а бак гидрожидкости все равно желателен (для компенсации утечек), то дополнительной деталью по сравнению с вариантами 2 и 3 является только реверсивный компрессор небольшой мощности. Вследствие малой мощности его вес и стоимость также будут минимальными и «окупятся» упомянутыми 5 дополнительными возможностями.
На фиг.1 изображена простейшая система шасси, где 1 - гидроцилиндры, 2 - штоки, 3 - трубопровод, 4 - вентиль.
На фиг.2 изображен стоящий на склоне горы вертолет, где 5 - вертолет, 2 - штоки или стойки шасси.
На фиг.3 изображен в сечении гидроцилиндр с пневмополостью 6 и гидропневмополостью 7, где 8 - поршень гидроцилиндра, 9 - вспомогательный поршень гидропневмополости, 10 - перегородка, 11 - трубопровод.
На фиг.4 изображено шасси по варианту 4, где 12 - бак, 13 - вентиль бака, 14 - реверсивный компрессор, 15 - общая пневмополость, 16 - вентиль аварийного выпуска шасси. Сплошная линия - трубопровод, пунктирная - пневмопровод.
Работает шасси на фиг.1 так: при касании земли одним штоком 2 (непосредственно или через стойку) жидкость перетекает по трубопроводу 3 в другой гидроцилиндр 1, выдвигая его. При касании земли вторым штоком (фиг.2) давление в системе повышается и вентиль закрывается (на фиг.1 простейший вариант - вручную). Штоки фиксируются.
Гидроцилиндр на фиг.3 работает так: шток от выпадения удерживается давлением в пневмополости 6 и полом штоке 2. При касании земли работает аналогично фиг.1. После закрытия вентиля возможный толчок от касания земли амортизируется пнемвополостью 7, при этом жидкость проходит через отверстия в перегородке 10 и поднимает поршень 9.
Шасси на фиг.4 работает так: при касании земли штоками 2 жидкость начинает выдавливается в бак 12. По достижении определенного уровня в баке, определяемого величиной желаемого клиренса, вентиль 13 закрывается. Начинается адаптация шасси к рельефу. Когда все штоки коснутся земли, давление в гидролинии повысится, и закроются вентили 4 (вручную или автоматически). Штоки зафиксируются или, если в гидроцилиндрах имелась гидропневмополость, шасси начинает амортизировать толчок при посадке.
Для уборки шасси компрессором 14 подается давление в пневмополости гидроцилиндров 1, вентили 4 и 13 открываются.
Для выпуска шасси азот из пневмополостей откачивается в общую пневмоемкость 15, вентили 4 и 13 остаются открытыми, и штоки под действием своего веса (и веса опор) и под действием избыточно давления азота в баке 12 или пружин опускаются.
Для аварийной посадки вентиль 16 открывается, штоки опускаются, вентили 4 и 13 аварийно закрываются. Шасси максимально готово к восприятию удара. При ударе излишек давления в каждом отдельно взятом гидроцилиндре выпускается предохранительным клапаном (не показан).