РЕССОРА ШАССИ ЛЕГКОГО САМОЛЕТА

Полезная модель относится к области самолетостроения, в частности к конструкции шасси малой авиации, к силовым элементам из композиционных материалов рессор, стойкам шасси.
Известно «Шасси легкого самолета», (патент РФ №26516, В64С 25/06, опубл. 10.12.2002 г.), состоящее из рессор с колесами и соосных цапф, бортовых узлов крепления рессор к корпусу самолета, одна из рессор оснащена проушиной со сферическим элементом, а другая - вилкой, соединенной с проушиной и сферическим элементом первой рессоры, соосные цапфы бортовых узлов крепления установлены в пазах приливов, выполненных на рессорах, и имеют боковые опорные площадки.
Недостатком данного технического решения является большое количество деталей, что существенно усложняет конструкцию и ее вес, снижается надежность и ресурс конструкции, за счет того, что в месте закрепления рессоры детали подвергаются повышенному износу.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и взятому в качестве ближайшего аналога, прототипа, является «Рессорное шасси легкого самолета», (патент РФ №9430, В64С 25/06, опубл. 16.03.1999.), состоящее из центрального и бортового узлов крепления металлической рессоры с колесом на самолете, причем бортовой узел оснащен полукольцами с заданным зазором, соосными цапфами, имеющими ступенчатую наружную поверхность под полукольца с одной стороны и сквозной паз с другой, упорной шайбой и опорными вкладышами с буртиками и отверстиями для контровки, установленными в сквозном пазу цапфы.
Основным недостатком этого решения является сложность конструкции из-за большого количества элементов, а также необходимость подбора рессор в паре по своим характеристикам, при этом большое количество узлов крепления и выполнение металлической рессоры приводит к увеличению веса, увеличению концентраторов напряжений и нагрузок на крепления рессоры к фюзеляжу, возникающих вследствие деформации рессоры при посадке, снижающих прочностные характеристики, а также надежность и ресурс рессоры в целом.
Решаемой технической задачей полезной модели является повышение надежности и ресурса рессоры шасси за счет снижение веса конструкции рессоры путем выполнения ее из композиционного материала и с меньшим количеством крепежных деталей, вследствие чего и уменьшение нагрузок на крепление шасси к корпусу самолета.
Технический результат достигается тем, что в рессоре шасси легкого самолета, состоящей из двух-опорной консольной балки переменной гибкости относительно средней части - нейтральной оси и узлов крепления к корпусу самолета, согласно которой, консольная балка переменной гибкости выполнена из композиционного материала, углепластика, методом вакуумного формования, в виде единого упругого элемента коробчатой конструкции, при этом единый упругий элемент соединен с парой колесной шасси и корпусом самолета по двум точкам крепления пары опор, причем пара точек каждой пары опор упругого элемента выполнена с возможностью выноса относительно нейтральной оси вниз на величину возможного удлинения полученного изгиба между точками опор упругого элемента при заданной нагрузке и перемещения пары опор крепления с корпусом самолета на эту величину, обеспечивающую поперечный и продольный изгиб и кручение.
Новым является:
Предлагаемое техническое решение позволит получить надежную и высоко-ресурсную полезную модель за счет сокращения количества деталей конструкции с минимальной стоимостью изготовления и коротким производственным циклом. Предлагаемая полезная выполнена из композиционного материала, углепластика, в виде единого упругого элемента коробчатой конструкции, воспринимающей сосредоточенные нагрузки и работающей на поперечный и продольный изгиб и кручение. Рессора изготовлена методом вакуумного формования. Узел крепления выполнен с возможностью выноса точек крепления опор относительно нейтральной оси вниз на величину возможного удлинения полученного изгиба между точками крепления опор при заданной нагрузке и перемещения крепления.
Для пояснения технической сущности рассмотрим графические материалы:
Фиг. 1 - Общий вид рессоры.
Фиг. 2 - Продольное сечение по двум точкам А и Б.
Фиг. 3 - Общий вид рессоры при воздействии нагрузки.
Фиг. 4 - Выносной узел крепления рессоры при воздействии нагрузки.
Фиг. 5 - Схема нагрузки.
Где: 1 - рессора шасси в виде единого упругого элемента, 2 - узлы крепления в виде двух опор, кронштейнов, 3 - нейтральная линия упругого элемента рессоры, 4 - колесное шасси; А, Б - точки крепления пары опор с корпусом самолета. В, D - точки крепления пары опор с упругим элементом.
Рессора шасси 1 ввиде упругого элемента прикреплена при помощи двух опор 2, кронштейнов крепления по двум точкам А и Б к корпусу самолета и по двум точкам В и D к упругому элементу.
Осуществление установки рессоры шасси к корпусу самолета:
Рессору шасси 1 легкого самолета, в виде единого упругого элемента, коробчатой конструкции из композиционного материала, углепластика, изготавливают методом вакуумного формования, при этом упругий элемент соединен с парой колес шасси и корпусом самолета по двум точкам А и Б пары опор, (кронштейнов) непосредственно болтами, причем пара точек каждой пары опор упругого элемента В и D выполнена с возможностью выноса относительно нейтральной оси вниз на величину возможного удлинения полученного изгиба между точками опор В и D при заданной нагрузке и перемещения пары опор крепления А и Б с корпусом самолета на эту величину, обеспечивающую поперечный и продольный изгиб и кручение.
При неподвижности обоих опор при деформации рессоры при посадке самолета, картина приобретает вид: см. Фиг. 5. Так, как геометрическая прямая АБ всегда меньше дуги АБ, то точки А и Б стремятся сблизиться, сжимая конструкцию корпуса фюзеляжа самолета (шпангоут), возникающая при этом сила пропорциональна перемещению т. Б в направлении перпендикулярному перемещению колес шасси, которая воздействует на крепление рессоры к фюзеляжу самолета, повышая тем самым нагрузку на нее и снижая тем самым прочность и надежность, а в целом и ресурс узла крепления.
1
При правильно подобранной величине выноса R точек крепления опоры рессоры, на величину полученного удлинения изгиба, при заданной нагрузке на шасси при посадке, относительно нейтральной оси L вниз, и несмотря на смещение точек (точек соединения опор упругого элемента, рессоры) В и Д в положение В′ и Д′, точки А и Б перемещают незначительно, и, шпангоут фюзеляжа дополнительных нагрузок не испытывает, что ведет к повышению надежности и ресурса рессоры шасси в целом. В подтверждении вышесказанного, обозначим:
l - Нейтральная линия сечений до приложения нагрузки.
1
l - Нейтральная линия сечений при воздействии нагрузки на рессору.
Δl - Смещение точки опоры крепления при действии нагрузки.
R - Вынос точки соединения шасси с фюзеляжем относительно нейтральной линии рессоры.
δ - Относительное удлинение рессоры.
Е - Модуль упругости.
σ - Нормальное напряжение.
При правильно подобранной величине выноса точек крепления рессоры R, см. Фиг. 4, при ее изгибе, не смотря на смещение точки В. в положение В∗ точка А перемещается незначительно и шпангоут фюзеляжа дополнительных нагрузок не испытывает.
1
1
Для простоты расчета принимаем допущение, что дуга l является прямой линией. В этом случае треугольник образующийся пересечением линий l и l является прямоугольным и для него справедливы зависимости:
1
Δl=l-cosθ·l;
Δl на коротком участке принимаем прямым отрезком, для простоты решения задач, в этом случае:
В результате вынос точек опор описываются системой уравнений:
Относительное удлинение рессоры δ зависит от модуля упругости Е и напряжений σ, возникающих при приложении нагрузки.
σ=δ·Е, если подставить значения Е для углепластика (информация ВИАМ) и о материала (информация ВИАМ), то можно получить , зная, , отсюда , а затем подставив в , найдем величину выноса R.
Для простоты расчета принимаем допущение, что дуга является прямой линией, далее вследствие приложенной заданной нагрузке, прямая будет воспринимать усилие от шасси и со стороны корпуса самолета, и стремиться к удлинению на величину возможного изгиба от прилагаемой нагрузки, и в связи с этим производят вынос точек пары опор вниз, относительно нейтральной оси упругого элемента для уменьшения нагрузок на рессору шасси, повышающих ресурс ее.
По своим технико-экономическим показателям по сравнению с известными аналогами, предлагаемое техническое решение позволяет повысить ресурс рессорного шасси за счет снижение веса конструкции рессоры путем выполнения ее из композиционного материала и с меньшим количеством крепежных деталей, вследствие чего и уменьшения нагрузок на крепление шасси к корпусу самолета.