Устройство для торможения самолета
AIRCRAFT BRAKING DEVICE

Изобретение относится к аэродромному оборудованию, представляет собой устройство для торможения самолета и может быть использовано на взлетно-посадочной полосе (ВПП), длина которой не достаточна для торможения современных летательных аппаратов с большим взлетным весом.
Для обеспечения безопасности эксплуатации самолетов при взлетах и посадках на ВПП используют системы торможения.
Известно торможение самолета при помощи установки, состоящей из приемного устройства (поддерживающего троса) и двух линейных тормозных механизмов гидравлического типа. Приемный трос на тросоподъемниках и через систему блоков, установленных по обеим сторонам ВПП, соединяется с продольными тросами тормозных механизмов (1).
Однако при данном техническом решении устройства необходимо наличие хвостового гака у самолета для захватывания троса. Кроме того, подготовка оборудования для приема самолета весьма трудоемка.
Отмеченные недостатки могут быть устранены использованием конструкции, в которой отсутствуют трособлочные системы и тормозные механизмы гидравлического типа.
Известна тормозная площадка, в которой гашение скорости самолета осуществляется при перемещении его по вспаханному на глубину 20 см грунтовому участку и далее по рву глубиной 1 м, засыпанному рыхлым песком (2).
Однако ширина и глубина площадки зависят от типа самолета. Кроме того, известное устройство можно использовать только при положительных температурах воздуха. При отрицательных температурах замерзает грунтовая песчаная масса тормозной площадки. Поэтому подготовка площадки для приема нового самолета весьма трудоемка. При этом не исключена поломка шасси пневматиков и т.п.
Известно устройство для торможения самолета включающее углубленную в конце ВПП емкость, заполненную тормозной средой. На дне емкости по всей ее площади установлены электромагниты, соединенные с источником постоянного тока, который, в свою очередь, соединен с ЭВМ, связанной с командным блоком и с датчиками, установленными перед емкостью, в конце ее и по обеим ее сторонам. При этом длина емкости определяется следующей зависимостью:
где
m - масса самолета,
v - скорость перемещения самолета при входе в емкость,
F - сила сопротивления движению самолета в емкости, которую определяют по формуле
F=b•n•η•v,
где
b - ширина пневматика самолета,
n - количество пневматиков самолета по фронту движения,
η - вязкость жидкости.
Подставив значение F в формулу  получим следующую зависимость:
Для подачи и откачивания тормозной среды из емкости устройство снабжено насосной станцией (3).
Недостатком известного устройства является заниженная надежность, заключающаяся в том, что в открытую емкость, в зависимости от метеоусловий, могут попасть посторонние предметы (грунт, мусор и т.д.), что приведет к ухудшению свойств ферромагнитной жидкости (ФМЖ).
Изобретение направлено на повышение надежности торможения и независимо от метеоусловий.
Это достигается тем, что устройство для торможения самолета, включающее углубленную в конце взлетно-посадочной полосы (ВПП) емкость, заполненную тормозной средой, на дне емкости по всей ее площади установлены электромагниты, соединенные с источником постоянного тока, который, в свою очередь, соединен с ЭВМ, связанной с командным блоком и с датчиками, установленными перед емкостью, в конце ее и по обеим ее сторонам, при этом длина емкости определяется следующей зависимостью
где m - масса самолета;
v - скорость перемещения самолета при входе в емкость;
b - ширина пневматика самолета;
n - количество пневматиков самолета по фронту движения;
η - вязкость тормозной среды, при этом устройство снабжено насосной станцией для подачи и откачивания тормозной среды из емкости, дополнительно снабжено подвижной площадкой механически соединенной с приводом, при этом привод соединен с ЭВМ.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 изображен вид сверху (устройство в плане).
Позиции на чертежах обозначают: ВПП-1, углубленная в конце ВПП емкость 2, выполненная из полимербетона, тормозная среда, т.е. ферромагнитная жидкость 3, по всей площади емкости установлены электромагниты 4, источники постоянного тока 5. Вязкость ФМЖ - величина переменная и зависит от напряженности электромагнитного поля. В различных зонах емкости эта величина имеет свое значение и чем дальше от ВПП, тем она больше. Значения вязкости ФМЖ в зависимости от типа самолета заранее подсчитывают по формуле
2
η=а•S,
где S - расстояние, пройденное самолетом по емкости; а - коэффициент пропорциональности.
max
Глубина емкости (h) не превышает величины наибольшего диаметра пневматика самолета.
Перед емкостью на ВПП напротив друг друга расположены два ряда датчиков 6, 7. Датчики 6 - для включения устройства в рабочий режим, датчики 7 предназначены для фиксации времени прохождения самолета от 1 -го ряда датчиков 6 до 2-го ряда датчиков 7 на фиксированной базе с целью определения скорости вхождения самолета в устройстве торможения по формуле
где
v - скорость самолета;
Z - расстояние между рядами датчиков;
t - время.
Между рядами датчиков 6, 7 установлены датчики 8, фиксирующие массу самолета. В передней части емкости 2, примыкающей к ВПП, по обеим ее сторонам размещены датчики 9, корректирующие величину напряженности электромагнитного поля в зависимости от ширины пневматиков шасси и количества их по фронту для создания необходимой вязкости ФМЖ, обеспечивающей остановку самолета. Датчики 7, 8, 9 соединены с ЭВМ-10, которая, в свою очередь, соединена с командным блоком 11 и с источником постоянного тока 5.
Датчики 6 соединены с командным блоком 11.
В конце емкости 2 установлены соединенные с командным блоком 11 датчики 12 для автоматического отключения устройства. При этом устройство снабжено насосной станцией 13 для подачи и откачивания тормозной среды (ФМЖ) из емкости 1. Подвижная площадка 14 и привод 15.
Подвижная площадка 14, управляемая приводом 15, может находиться в закрытом положении, закрывая емкость 2 и в открытом - открывая емкость 2. Управление положениями подвижной площадки осуществляется приводом 15 по командам с ЭВМ - 10. В закрытом положении подвижная площадка 14 выдерживает массу самолета.
В закрытом положении подвижная площадка 14 исключает попадание различных предметов в емкость 2, чем повышается надежность устройства.
Открывание устройства осуществляется при каждом взлете или посадке самолета.
Перед работой производят наладку устройства, заключающуюся в следующем. Последовательно дают возрастающие значения величины тока и определяют соответствующие им величины вязкости ФМЖ с помощью известных приборов: амперметра и вязкозиметра. Эти параметры закладывают в память ЭВМ, которая связана с командным блоком 11.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В случае недостаточной длины ВПП 1 или нарушений в работе штатных систем торможения (реверс тяги, включение дисковых тормозов) самолет, попадая в зону устройства, включает передним колесом 14 два ряда фотоэлектродатчиков 6, 7, а затем датчики 8, 9, сигналы от которых поступают в ЭВМ, а далее на командный блок, связанный с источниками постоянного тока 5. Благодаря этому создается электромагнитное поле необходимой напряженности. По мере прохождения самолета по емкости скорость его гасится, т.к. на ФМЖ воздействуют электромагнитным полем, которое намагничивает ФМЖ, изменяя ее вязкость. По длине емкости вязкость переменная, и величина ее растет по мере продвижения самолета по емкости (см. ранее приведенную математическую формулу). Благодаря постепенному регулируемому увеличению вязкости ФМЖ на пути движения самолета значительно уменьшаются перегрузки, воспринимаемые самолетом, при эффективности уменьшения его скорости. Таким образом осуществляется плавное торможение самолета. После остановки его в конце емкости срабатывают датчики 12 и устройство автоматически отключается. Если самолет не достигает конца емкости и останавливается в интервале датчиков 6-12, отключение осуществляется оператором с командно-диспетчерского пункта.
Предлагаемое конструктивное решение надежно предотвращает возникновение аварийной ситуации при взлетах самолетов в случае недостаточной длины ВПП при отказе двигателя на разбеге, а также при посадке, когда скорость не успевает гаситься на соответствующей длине ВПП. Кроме того, конструкция устройства позволяет автоматически контролировать процесс торможения в требуемых режимах независимо от сезонов года, т.е. от температуры окружающей среды, не требуя при этом дополнительного расхода энергии на изменение величины вязкости ФМЖ в течение короткого промежутка времени по длине зоны торможения.
Устройство универсально и обладает малой инерционностью: после завершения торможения по команде от ЭВМ мгновенно выключается и готово к работе для приема любого типа самолета.
Предлагаемое изобретение наиболее эффективно использовать при проектировании и строительстве ВПП аэродромов опытных заводов, а также в условиях ограниченной длины ВПП и невозможности ее развития при острой необходимости осуществлять эпизодические приемы тяжелых самолетов, обладающих большими скоростями взлета и посадки.
Источники информации:
1. "Аэродромные системы торможения самолетов" A.M. Матвеенко, изд. Машиностроение, М., 1984 г., стр. 72, рис. 4.3.
2. "Изыскания и проектирование аэродромов", Научно-техническое издательство Министерства автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР, М., 1959 г., стр. 367, рис. 185.
3. Патент РФ на изобретение, №2171212 (кл. B64F 1/02) от 29.09.1998.