АМОРТИЗАЦИОННАЯ СТОЙКА ШАССИ САМОЛЕТА

Решение относится к области самолетостроения, в частности к конструкциям амортизационных стоек самолетных шасси, и может быть использовано в основных и передних стойках шасси для амортизации ударов, действующих на него при посадке и в процессе пробега (разбега) самолета.
Известен гидропневматический однокамерный амортизатор опоры шасси летательного аппарата, содержащий цилиндр, шток, плунжер, в котором размещены зарядные клапаны и трубку (1).
Однако в этом патенте решается задача, главным образом, уменьшения веса и снижения трудоемкости изготовления с применением амортизаторов пассивной амортизации, при которой энергии упругости пневматиков колес и упругости конструкций планера и элементов шасси от воздействий посадочного удара и неровности полосы возвращаются в конструкцию самолета практически нерассеяной.
Известна амортизационная стойка шасси самолета, содержащая цилиндрический стакан, в котором установлен шток с неподвижной диафрагмой, клапаном торможения и плавающим поршнем, образующих гидравлическую и замкнутую штоковую газовую камеры (2).
Недостатком этой амортизационной стойки является малая доля рассеивания энергии посадки на обратном ходе амортизации первого посадочного удара при приземлении, что приводит к подскоку и козлению самолета, увеличивает динамические нагрузки на самолет, а при воздействии неровностей полосы в процессе пробега (разбега) к проявлению колебаний типа раскачка, нарушающая устойчивый контакт колес с землей для безопасного управления самолетом и эффективного торможения.
Задачей решения является повышение уровня безопасности посадки самолетов.
Технический результат - снижение динамических нагрузок на самолет при приземлении, пробеге (разбеге) за счет эффективного рассеивания энергии посадки на обратном ходе амортизации и сокращение дистанции пробега за счет эффективного торможения.
Эта цель достигается тем, что амортизационная стойка шасси самолета, содержащая цилиндрический стакан, в котором установлен шток с неподвижной диафрагмой, клапаном торможения и плавающим поршнем, образующие гидравлическую камеру прямого хода и штоковую газовую камеру, снабжена изолированной гидравлической камерой обратного хода, отделенной от гидравлической камеры прямого хода плавающим поршнем и ограничительными упорами, двухпозиционным золотниковым распределителем с управлением от давления и пружинным возвратом для сообщения надпоршневой полости камеры напрямую с нагнетающей магистралью через запорный обратный клапан или через демпфирующий дроссель со сливной магистралью гидросистемы самолета, блоком управления перемещением золотника распределителя, включающим управляющий золотниковый распределитель с управлением от кулачка и пружинным возвратом, неподвижно установленным на стакане, управляющий золотник с возвратной пружиной, гильзой и толкателем, привод вращения кулачка, который состоит из кулачка-обоймы с двухуровневой профильной дорожкой, внутренней цилиндрической поверхностью насажен на подпруженные ролики, сепаратора для роликов, ведущей оси шлиц-шарнира, упора-буфера и пружины кручения, которая своими концами связывает кулачок-обойму с сепаратором.
Настоящим решением представлена конструкция амортизационной стойки шасси с управляемой системой амортизации с высоким уровнем рассеяния энергии первоначальных воздействий за этап обратного хода амортизации, что позволяет решать задачи повышения уровня безопасности посадки самолетов, снижения динамических нагрузок на самолет и сокращение дистанции пробега за счет эффективного торможения.
На фиг.1 показан общий вид амортизационной стойки шасси с управляемой системой амортизации и схема ее подключения к гидросистеме самолета.
На фиг.2 - сечение клапана торможения амортизатора; слева - при прямом ходе штока, справа - при обратном.
На фиг.3 - устройство двухпозиционного золотникового распределителя.
На фиг.4 и фиг.4А - устройство блока управления перемещением золотника распределителя.
На фиг.5 - экспериментальная сравнительная характеристика рассеяния кинетической энергии посадки, полученная при копровых испытаниях шасси серийного самолета, в вариантах применения штатного шасси (сплошная линия) и шасси с управляемой системой амортизации (пунктирная линия).
На фиг.6 - переходные процессы моделирования посадки сбалансированного серийного самолета в вариантах штатного шасси (кривая 1) и шасси с управляемой системой амортизации (кривая 2).
На фиг.7 и фиг.7А - изменение во времени силы, действующей со стороны шасси на планер при переезде нормированной единичной неровности, смоделированы для пробега серийного самолета со штатным шасси с пассивной амортизацией (сплошная линия) и шасси с управляемой амортизацией (пунктирная линия).
Исполнение амортизационной стойки телескопического типа согласно настоящего решения показано на фиг.1.
Амортизационная стойка шасси самолета состоит из цилиндрического стакана 1, в котором размещен шток 2. В верхней части штока установлена неподвижная диафрагма 3 с ввертной гильзой 4, в которой размещен клапан торможения 5, клапан поджат пружиной 6 к седлу протока в гильзе, показанном на фиг.2.
Во внутренней поверхности штока размещен плавающий поршень 7, разделяющий гидравлическую камеру прямого хода I от штоковой газовой камеры II.
Нижняя часть штока с помощью оси опирается на пневматики колес 8 и соединяется с цилиндрическим стаканом 1 подвижными звеньями - нижним шлиц-шарниром 9 и верхним шлиц-шарниром 10.
В верхней части стакана 1 размещена изолированная гидравлическая камера обратного хода III, отделенная от гидравлической камеры прямого хода I плавающим, между нижним и верхним упорами 11, поршнем 12, цилиндра 13 с крышкой 14. Надпоршневая полость камеры обратного хода III посредством двухпозиционного золотникового распределителя 15, более подробно показан на фиг.3, позицией Н золотника 16, удерживаемой возвратной пружиной 17 относительно окон гильзы 18, напрямую через запорный обратный клапан 19 соединяется с каналом нагнетающей магистрали 20, а в позиции С через встроенный демпфирующий дроссель 21 со сливной магистралью 22 гидросистемы самолета. Распределитель 15 фланцевой поверхностью К корпуса 23 крепится к стакану 1.
y
В нижней части стакана 1 установлен блок управления 24 для формирования управляющего потока P, включающий управляющий двухпозиционный золотниковый распределитель с управлением от кулачка и пружинным возвратом 25 (фиг.1 и фиг.4), неподвижно установленном в проушине 26 стакана 1, толкатель 27, корпус 28, гильзу 29, управляющий золотник 30 с пружиной возврата 31, привод вращения кулачка, который состоит из кулачка-обоймы 32, внутренней цилиндрической поверхностью насажен на подпружинные ролики 33 контактирующие с плоскими рабочими поверхностями сепаратора 34, ведущей оси 35, неподвижно закрепленной в верхнем шлиц-шарнире 10, упора-буфера 36 на стакане 1 и пружины кручения 37, своими концами связывающую кулачок-обойму 32 с сепаратором 34. Вращение сепаратора 34 передается от колебательного движения шлиц-шарнира 10 в проушинах 38 стакана 1. Кулачок-обойма 32 снабжен двухуровневой профильной дорожкой Д с перепадом высоты профиля h, a толкатель 27 и управляющий золотник 30 распределителя 25 под действием пружины 31 контактируют с дорожкой Д.
Работа амортизационной стойки с системой управляемой амортизацией осуществляется следующим образом.
y
Прямой ход амортизации. При включенном модуле 39 гидросистемы самолета в режим управляемой амортизации изолированная камера обратного хода III под действием высокого давления нагнетающей магистрали, превышающее рабочее давление в камере I, заполнена жидкостью и заперта обратным клапаном 19, плавающий поршень 12 находится на нижнем упоре 11 и не участвует в работе амортизации прямого хода. За счет расклиненных положений роликов в клиновой щели между сепаратором 34 и внутренней цилиндрической поверхностью кулачка-обоймы 32, кулачок-обойма находится в неподвижном состоянии и прижат пружиной кручения 37 к упору-буферу 36 стакана 1, положение толкателя 27 на уровне h=0 его профильной дорожки Д, управляющим золотником 30 перекрыт управляющий поток P, а канал У соединен со сливной магистралью 22 (фиг.4)
n
Вертикальная кинетическая энергия посадки самолета при приземлении и энергия воздействий неровностей полосы при пробеге (разбеге) поглощаются на прямом ходе амортизации (прямой ход штока) упругостью пневматиков колес, упругостью конструкции планера и элементов шасси, силами сжатия газа камеры II, рассеивается силами гидравлического сопротивления протока жидкости из камеры I в камеру IV, которая наполняется рабочей жидкостью в течение прямого хода, через демпфирующую щель f клапана торможения 5 (фиг.2) и силами трения в направляющих штока 2 и стакана.
n
o
y
o
Обратный ход амортизации. По свершению прямого хода, его момент автоматически отслеживается равенством нулю скорости перемещения штока 2 относительно стакана 1, и соответственно равенством нулю угловой скорости вращения верхнего шлиц-шарнира 10, а также выравниванием рабочего давления в камерах I и II, при этих условиях независимо от величины свершенного за этап прямого хода штока 2, происходит автоматическое отсекание взаимодействия газовой камеры II с массой планера путем перекрытия под действием силы пружины 6 протока f в гильзе 4 клапаном торможения 5 (фиг.2). При страгивании штока 2 на обратный ход происходит заклинивание роликов 33 в клиновой щели между кулачком-обоймой 32 и сепаратором 34, захват во вращения кулачка-обоймы 32 в направлении вращения сепаратора 34 (соответствует обратному ходу штока), подъем толкателя 27 на уровень h=h профильной дорожки кулачка-обоймы 32, а перемещение управляющего золотника 30 от этого подъема соединяет канал питания 40 распределителя 25 с каналом управления У, показан на фиг.4. Золотник 16 распределителя 15 под действием давления управления P в камере У, своим перемещением до упора h отсекает канал нагнетающей магистрали 20, а канал III соединяет со сливной магистралью 22, в результате чего под действием сил упругости пневматиков и планера дросселирование потока жидкости при совместной работе камер I и III в канал сливной магистрали 19 осуществляется через демпфирующий дроссель 21, а из замкнутой камеры IV под действием сжатого газа через демпфирующую щель f клапана торможения 5 показаны на фиг.3 и фиг.2.
o
Согласно законов динамики колебания массы планера на упругой характеристике системы «упругий пневматик+упругий планер» при наличии достаточных сил вязкого сопротивления дросселя 21, и дросселя f клапана торможения 5 затухание движения массы планера происходит за полупериод убывания в пределах величины обратного хода амортизации, определяемого статическим отклонением от действия результирующей силы на массу планера, что исключает ее отскок от земли. При достижении равновесного положения массы планера или начало прямого хода от внешнего воздействия система управления автоматически переключает работу амортизации на этап прямого хода (описанный выше), а именно, расклинивание роликов 33 в клиновой щели, возврат кулачка-обоймы 32 на упор буфера 36, подключение нагнетающей магистрали 20 в позицию Н (наполнение рабочей жидкостью камеры III), отключение камеры III от сливной магистрали 22 для восприятия последующих ударных воздействий.
При отключенном канале питания 40 работа амортизационной стойки происходит в режиме пассивной амортизации.
Амортизационная стойка шасси с управляемой системой амортизации, согласно настоящего решения, апробирована в лабораторных натурных испытаниях на копре для одного из серийных самолетов. На фиг.5 показана сравнительная экспериментальная характеристика рассеяния кинетической энергии посадочной массы G за этап первого удара в вариантах применения штатного шасси с пассивной амортизацией (сплошная линия) и шасси с управляемой системой амортизации (пунктирная линия). Характеристику рассеяния энергии посадки за этап первого удара оценивали высотой подскока - Н массы G от уровня 0-0 динаметрической плиты копра в зависимости от посадочных параметров - Vy - (вертикальная скорость посадки в момент касания колес плиты) и , где Y - подъемная сила крыла, G - масса планера, приходящаяся на стойку. Видно, что в варианте стойки с управляемой амортизацией реализуется безотрывный контакт колес с плитой, в варианте штатной стойки - отскок массы G на высоту Н с последующим посадочным ударом.
Применение предложенной амортизационной стойки шасси самолета с управляемой системой амортизации позволяет получить путем дополнительного рассеяния энергии упругости планера и шасси на обратном ходе амортизации устойчивое движение самолета по земле при сохранении контакта колес с землей за этап первого воздействия с посадочной полосой при приземлении и воздействия с неровностями при пробеге (разбеге), тем самым исключить склонность сбалансированного самолета к возбуждению колебаний типа козление, прогрессирующее козление с возрастанием перегрузки на последующих ударах, потерю длины посадочной полосы на их исправление и неизбежное повторное приземление с перегрузкой, гашение тангажных колебаний типа раскачка, сокращение длины посадочной дистанции и уменьшение нагрузки на планер. Это, в конечном итоге, расширяет диапазон безопасных условий эксплуатации самолета, включая посадки на три точки и посадки с неполным выравниванием, повышает ресурс самолета в целом.
На фиг.6 показаны результаты моделирования посадки сбалансированного по тангажу самолета при угле атаки крыла 5° и первоначальным касанием колесами полосы с Vy=2,7 м/сек и β=0,02…0. В варианте штатного шасси с пассивной амортизацией видно козление (кривая 1) отход центра тяжести самолета от полосы на высоту Н=1,93 м отрицательное значение высоты, повторное приземление через 4,5 сек. с перегрузкой, указанной в скобках, в варианте шасси с управляемой амортизацией согласно настоящего решения (кривая 2) козление исключено - реализовано безотрывное от земли движение колес с этапа первоначального касания полосы.
На фиг.7 фиг.7А показано изменение во времени силы, действующей со стороны передней  и основных стоек  шасси на планер при переезде нормированной единичной неровности колесами основных стоек, а движение колес передней стойки по ровной полосе с путевой скоростью Vx=36 м/сек, смоделированы для пробега самолета в вариантах штатного шасси (сплошная линия) и шасси с управляемой амортизацией (пунктирная линия). Для шасси с управляемой амортизацией видно существенное снижение цикличности нагружения и безотрывный контакт колес с полосой.