ШАССИ С ДВУСТОРОННЕЙ АМОРТИЗАЦИЕЙ

Область техники
Полезная модель относится к авиационной технике и может быть использована в конструкциях летательных аппаратов вертикального взлета и посадки.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение упругого приземления, в том числе при аварийной посадке летательного аппарата.
Предшествующий уровень техники
Шасси летательного аппарата представляет собой систему опор, необходимых для взлета, посадки, передвижения при рулении (при необходимости) и стоянки летательного аппарата на земле, палубе или воде. Шасси должно обеспечивать восприятие статического нагружения от веса при стоянке летательного аппарата, амортизацию динамических нагрузок, возникающих при посадке летательного аппарата (в том числе аварийной), иметь возможно меньшую массу, габариты и лобовое сопротивление при достаточной прочности, долговечности и технологичности, обеспечивать неизменность характеристик систем шасси в разных климатических условиях в течение всего срока эксплуатации летательного аппарата.
Наиболее распространенными типами шасси являются колесное и полозковое шасси. Полозковое шасси имеет более простую конструкцию, меньшую массу и аэродинамическое сопротивление. Однако невозможность посадки летательного аппарата с пробегом, взлета с разбегом и руления делают целесообразным применение шасси этого типа только на легких летательных аппаратах.
Для амортизации динамических нагрузок, возникающих при посадке летательного аппарата с колесным шасси, используют различного рода амортизаторы (пневматические, гидравлические). Кинетическая энергия посадочного удара летательного аппарата с полозковым шасси поглощается рессорами в процессе их упругих деформаций, а рассеяние накопленной в рессоре энергии происходит за счет сил трения полозков о поверхность посадочной площадки при их поперечном перемещении.
В патенте US 4196878 (опубл. 08.04.1980 г.) представлено шасси летательного аппарата роторного типа, содержащее два полоза, соединенных с корпусом летательного аппарата, с помощью двух консольных дугообразных опор, жестко связанных с полозьями и с корпусом. На концах каждого из полозьев расположены изогнутые пластинчатые гибкие элементы, способные упруго изгибаться при контакте с землей во время приземления. Такие гибкие элементы обеспечивают точечный контакт с площадкой для посадки во время приземления, а также поглощают часть нагрузок, прилагаемых к шасси, взаимодействуя с дугообразными опорами полозьев. Недостатком такой конструкции является то, что гибкие элементы шасси работают только при определенном способе посадки летательного аппарата, когда касание происходит на задние концы шасси.
В патенте US 005211359А (опубл. 18.05.1993 г.) представлено полозковое шасси летательного аппарата с поперечинами, выполненными из композитного материала. Шасси представляет собой два металлических полоза, которые соединены с корпусом летательного аппарата с помощью поперечин. Каждая из поперечин представляет собой изогнутую балку, выполненную в виде пучка однонаправленных синтетических волокон, покрытых оболочкой. Поперечины своими концами жестко соединены с полозьями. К корпусу летательного аппарата поперечины крепятся с помощью шарнирно-сочлененного звена, допускающего ограниченное вращение вокруг параллельных поперечных осей летательного аппарата. Поперечины связаны с корпусом летательного аппарата с помощью демпферов, препятствующих наземному резонансу. Недостатком предлагаемого в патенте шасси является необходимость соединения изготовленных из композитного материала поперечин и металлических полозьев, для чего необходим отдельный конструктивный узел. Кроме того, упругие элементы работают только вдоль одного направления - вдоль поперечной оси летательного аппарата.
В патенте US 005860621А (опубл. 19.01.1999 г.) представлено несколько вариантов конструкции шасси вертолета, которое изготовлено из алюминиевых труб. Шасси содержит полозья, которыми оно опирается на поверхность земли при посадке. Полозья соединены между собой с помощью поперечин, которые являются упругим элементом конструкции. Поперечины крепятся к корпусу вертолета с помощью полухомутов через эластичные прокладки. Эти соединительные устройства обеспечивают некоторую степень свободы вращения в процессе деформации шасси при посадке. Отдельные элементы шасси соединяются друг с другом при помощи втулок и резьбовых соединений, что повышает трудоемкость изготовления и снижает надежность конструкции. Кроме этого, недостатком конструкции является то, что деформация шасси происходит только в направлении, перпендикулярном продольной оси летательного аппарата.
В патенте RU 2395429 С2 (опубл. 27.07.2010 г.) приведена конструкция полозкового шасси винтокрылого летательного аппарата, которое имеет жесткость, ступенчато изменяющуюся в зависимости от нагрузки на него летательного аппарата во время его приземления при низкой или высокой вертикальной скорости. Шасси представляет собой два полоза, соединенных поперечинами. Эти поперечины выполнены в виде трубы и являются упругими элементами шасси. Корпус летательного аппарата опирается на поперечины двумя парами симметрично расположенных опор. Внешние опоры располагаются на большем расстоянии от оси летательного, чем внутренние. При малой загрузке летательного аппарата или малой вертикальной скорости приземления корпус летательного аппарата опирается на внутренние опоры. При достижении определенного уровня деформации упругого элемента при увеличении загрузки летательного аппарата или при высокой вертикальной скорости приземления корпус опирается на внешние опоры. Жесткость шасси при этом ступенчато увеличивается. К недостаткам такого типа шасси следует отнести трудоемкость изготовления, обусловленная сложностью конструкции опор и большой вес.
В патенте RU 2646553 С1 (опубл. 26.03.2018 г.) представлено несколько вариантов адаптивного шасси для летательного аппарата вертикального взлета, совершающего посадку на неподготовленную поверхность. Шасси содержит дугообразные стойки, снабженные приводами, связанными с блоком управления и гироскопом, а также снабженные 3D-сканером поверхности посадочной площадки. Привод обеспечивает регулировку длины дугообразной стойки в соответствии с информацией, полученной от 3D-сканера еще до момента приземления. Каждая стойка снабжена опорой, включающей опорный элемент с плавающим креплением к стойке. Конструкция шасси позволяет производить посадку летательного аппарата на неподготовленную или наклонную поверхность, сохраняя при этом его горизонтальное положение. Недостатком конструкции адаптивного шасси является сложность конструкции и, как следствие, трудоемкость изготовления и обслуживания.
В патенте RU 2356794 С2 (опубл. 27.05.2009 г.) представлены варианты конструкции шасси летательного аппарата, предназначенного для посадки на неровную поверхность. Шасси включает опоры для контакта с землей и гидроцилиндры, соединенные трубопроводами с управляемыми вентилями. При посадке на неровную поверхность жидкость перераспределяется между гидроцилиндрами, обеспечивая горизонтальное положение летательного аппарата. Недостатком конструкции является сложность, требование высокой точности изготовления элементов гидросистемы, большая трудоемкость изготовления и обслуживания.
В патенте US006244538B1 (опубл. 12.06.2001 г.) представлены варианты конструкция полозкового шасси летательного аппарата, представляющего собой два полоза, соединенные поперечными элементами, которые могут быть выполнены из композиционного материала. Задача, которую решает данное шасси - обеспечение различной жесткости в вертикальном и продольном направлениях. Эта задача решается либо использованием поперечных элементов шасси с несимметричным поперечным сечением, для которого момент инерции относительно вертикальной оси не равен моменту инерции относительно горизонтальной оси, либо использованием монтажных устройств, которые обеспечивают податливость в продольном направлении, тем самым изменяя жесткость по этому направлению. Недостатком данного изобретения является трудоемкость изготовления поперечных элементов шасси сложного поперечного сечения и использование дополнительных монтажных устройств для крепления шасси к корпусу летательного аппарата. Другим недостатком предлагаемого в патенте шасси является необходимость соединения изготовленных из композитного материала поперечин и металлических полозьев, для чего необходим дополнительный конструктивный узел.
В патенте US 7918417 В2 (опубл. 05.04.2011 г.) представлены варианты конструкции полозкового шасси летательного аппарата с двумя полозьями, соединенными парой поперечных элементов, предназначенных для компенсации усилия, прилагаемого к ним во время посадки в нормальных условиях, за счет упругой деформации. Дополнительно шасси содержит стойки продольного изгиба, расположенные так, чтобы пластически деформироваться при столкновении с землей во время жесткой посадки. Недостатком такой конструкции является то, что деформация шасси происходит только в направлении, перпендикулярном продольной оси летательного аппарата и необратимые пластические деформации стоек продольного изгиба.
В патенте US 9926074 В2 (опубл. 27.03.2018 г.) представлена конструкция полозкового шасси, имеющего гидравлический демпфирующий элемент, расположенный на поперечине, предназначенный для снижения риска явления «резонанса земли», возникающего при посадке в результате движения по крену. К недостаткам этой конструкции следует отнести ее сложность в изготовлении и обслуживании, наличие дополнительных элементов, а также то, что деформация шасси происходит только в направлении, перпендикулярном продольной оси летательного аппарата.
В патенте US D912601 S (опубл. 09.03.2021 г.) представлена конструкция полозкового шасси летательного аппарата вертикального взлета и посадки, включающего продольные полозья и поперечины, через которые осуществляется крепление шасси к корпусу летательного аппарата. В данной конструкции упругими элементами являются только поперечины, следовательно, деформация шасси происходит только в направлении, перпендикулярном продольной оси летательного аппарата.
В патенте US 10689098 В2 (опубл. 23.06.2020 г.) представлена конструкция адаптивного шасси летательного аппарата, которое включает набор датчиков для отслеживания состояния летательного аппарата при его посадке, контроллер и системы управления опорами шасси. Опорными элементами шасси могут быть как колеса, так и полозья. Данное адаптивное шасси позволяет производить посадку летательного аппарата на неровную и наклонную поверхности, снижает риск возникновения явления «резонанса земли», обеспечивает хорошую амортизацию динамических нагрузок. Однако описанная конструкция является достаточно сложной, содержащей как механические, так и электронные компоненты. Этот патент может рассматриваться в качестве прототипа заявляемому нами решению.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Общий вид шасси летательного аппарата вертикального взлета и посадки.
Раскрытие сущности изобретения
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в улучшении амортизации динамических нагрузок, возникающих при посадке летательного аппарата.
Указанный технический результат достигается за счет того, что деформация шасси происходит в двух взаимно ортогональных направлениях.
Существенным отличием предлагаемого решения от прототипа является то, что шасси летательного аппарата содержит две пары упругих элементов, направленных таким образом, что они работаю как в поперечном, так и в продольном направлениях.
Пример осуществления полезной модели
На Фиг. 1 представлен общий вид шасси летательного аппарата вертикального взлета и посадки. Шасси состоит из двух поперечных упругих элементов (1), выполненных в виде дуги, направленной выпуклостью вверх. Дуги имеют прямоугольное поперечное сечение. Поперечные упругие элементы (1) направлены перпендикулярно продольной оси летательного аппарата и крепятся к его корпусу с помощью резинометаллических шарниров (2). Резинометаллические шарниры (2) допускают небольшие угловые вращения поперечных упругих элементов (1) вокруг параллельных поперечных осей летательного аппарата, которые возникают при его посадке в случае, когда есть составляющая сил, действующих на летательный аппарат, направленная вдоль его продольной оси. Данный шарнир работает преимущественно на кручение, позволяя поперечному упругому элементу (1) вращаться в нем при деформации продольного упругого элемента (3). Кроме того, он может гасить возникающие радиальные колебания. Шасси содержит пару продольных упругих элементов (3), направленных параллельно продольной оси летательного аппарата, с опорными поверхностями на концах (А) для контакта с землей. Продольные упругие элементы имеют форму арок с выпуклостью вверх. Поперечные упругие элементы (1) соединены с продольными упругими элементами (3) с помощью передних (4) и задних (5) стоек. В рассматриваемом варианте полезной модели упругие элементы соединены со стойками с помощью клеевого соединения.
Динамические нагрузки, возникающие при посадке летательного аппарата (в том числе аварийной), приводят к деформации шасси, которая происходит в двух взаимно ортогональных направлениях. Нагрузка перераспределяется между двумя парами упругих элементов, что повышает амортизационные свойства шасси и обеспечивает более мягкую посадку. При посадке летательного аппарата под воздействием вертикальной нагрузки деформируются обе пары упругих элементов (1) и (3) и опорные поверхности шасси (А) перемещаются как в поперечном, так и в продольном направлениях.