(Л15) 3.12. Призначення, компонувальні схеми та геометричні характеристики шасі [1], c. 119-123

Шасі – це система опор літака, призначена для забезпечення стоянки, руху по землі, зльоту і посадки. Для стійкого положення літака на землі необхідно мінімум три опори. Залежно від розташування опор відносно центру тяжіння (ЦТ), в якому прикладений вектор ваги літака G, розрізняють три компонувальні схеми шасі (рис. 3.33):

а) з хвостовою опорою;

б) з передньою опорою;

в) велосипедне шасі.

г)

Рис. 3.33. Компонувальні схеми та геометричні характеристики шасі:

а) з хвостовою опорою; б) з передньою опорою; в) велосипедне;

г) геометричні характеристики.

У літаків з шасі з хвостовою опорою основні опори 1 розташовані попереду центру тяжіння літака симетрично відносно його поздовжньої осі, а хвостова опора 2 позаду центру тяжіння.

У літаків, оснащених шасі з передньою опорою, основні опори 1 розташовані позаду центру тяжіння літака симетрично відносно його поздовжньої осі, а передня опора 3 розташована в площині симетрії літака попереду центру тяжіння.

У літаків з шасі велосипедного типу центр тяжіння знаходиться приблизно на рівній відстані від основних коліс або колісних візків 1, які розташовуються в поздовжній площині літака одне позаду іншого. Бічні опори 4, розташовані на кінцях крила, ударне навантаження при посадці і зльоті не сприймають. Бічні опори підтримують крило при крені літака під час стоянки і рулювання по аеродрому. Шасі велосипедного типу застосовують на літаках з тонким профілем крила (шасі прибирається у фюзеляж, а невеликі бічні опори – в крило).

На сучасних літаках цивільної авіації широкого поширення набули шасі з передньою опорою, що пояснюється наступними перевагами:

1 – можливістю приземлення на більшої швидкості в порівнянні з літаком, що має шасі з хвостовою опорою, оскільки при цьому носова стійка оберігає літак від капоту (завалення на ніс), енергійніше гальмуються колеса, запобігає “козління” літака (центр тяжіння розташовується попереду основних коліс) і при приземленні на основні колеса кут атаки і коефіцієнт С_у крила зменшуються;

2 – хорошою шляховою стійкістю при пробігу на посадці та розгоні на зльоті;

3 – горизонтальним положенням осі фюзеляжу забезпечується хороший огляд екіпажу, створюються зручності для пасажирів, полегшується завантаження літака, реактивні двигуни розміщуються горизонтально і газовий струмінь не руйнує покриття аеродрому.

Але схема шасі з переднім колесом не позбавлена недоліків: складність пересування по м'якому і в'язкому ґрунту, оскільки заривається переднє колесо, велика небезпека при посадці з пошкодженою передньою опорою, велика маса конструкції, важкість забезпечення значного об'єму в передній частині фюзеляжу для прибирання колеса.

Шасі з хвостовою опорою

Ан – 2 (шасі не прибираються)

А – 6м (шасі прибираються)

Шасі с передньою опорою

Іл 114

Ан-148

Ан - 225

Літаки з шасі велосипедного типу

Av – 8a

Як - 28

Харіер

Для забезпечення необхідної стійкості і маневреності літака під час руху його по злітно - посадкової смузі опорні точки шасі повинні бути розміщені на визначеної відстані один від одного і від центру тяжіння літака. Основні величини, які характеризують розташування опорних точок літаків триопорної схеми з передньою опорою, наступні: колія, база, висота шасі, кут перекидання, кут стоянки і кут винесення основних коліс щодо вертикалі літака (рис. 3.33, г).

Колія шасі b – відстань між центрами площ контактів основних коліс із землею. Колія визначає поперечну стійкість літака і легкість маневрування його по землі. Чим ширше колія, тим менше можливість перекидання літака на крило і тим краще управління літака на землі за допомогою гальм. Проте стійкість шляху при цьому погіршується, оскільки літак стає більш чутним до будь-яких нерівностей аеродрому. При недостатньо широкій колії літак при зльоті і посадці з креном може торкнутися кінцем крила землі. У сучасних літаків колія шасі b = (0,15 - 0,35)∙l, тобто складає 15-35 % розмаху крила l, а колія літаків з невеликим подовженням крила (λ < 4,5) складає 0,5 розмаху крила.

База шасі В – відстань між центрами коліс основних і передніх (хвостових) опор. Для шасі з передньою опорою базу вигідно робити як можна більшою, оскільки при цьому зменшується небезпека перекидання літака через ніс. База визначає навантаження на передню або хвостову опору, і чим більше база, тим навантаження на допоміжну (передню або хвостову) опору менше. База шасі сучасних літаків складає 20-40 % довжини фюзеляжу. База шасі з хвостовою опорою особливого значення не має, вона вибирається з умов отримання необхідного кута стоянки, а також малого навантаження на хвостову опору.

Висота шасі літака Н – відстань від землі до центру тяжіння літака. Для літаків з поршневими і турбогвинтовими двигунами висота шасі обирається з умови, що при горизонтальному положенні базової лінії літака відстань від кінців лопатей повітряних гвинтів при повному обтисканні пневматиків коліс і амортизаційних стійок до поверхні аеродрому повинно бути не менше 50 сантиметрів.

У літаків з газотурбінними двигунами висота шасі приймається мінімальної, за умови витримки кута φ у межах, що забезпечують посадковий кут атаки крила α_пос.. Кут φ називають кутом перекидання. Для літака з переднім колесом φ – це кут між площиною, дотичною до основних коліс шасі і хвостової опори, і землею при стоянці літака

φ = α_пос. – α_уст. – φ_ст.,

де α_пос. – кут атаки при с_упос;

α_уст. – кут установлення крила, тобто кут між кореневою хордою крила і базовою лінією фюзеляжу;

φ_ст. – кут стоянки літака.

Кут стоянки літака φ_ст. – кут між поздовжньою віссю літака і горизонтом. Для шасі з передньою опорою φ_ст. = 0 – 4°, а для шасі з хвостовою опорою φ_ст. = α_пос. – α_уст..

Для шасі з переднім колесом велике значення має кут винесення шасі назад γ – це кут між вертикаллю і площиною, що проходить через центр тяжіння літака і точки дотику основних коліс шасі з землею при стоянці літака і необтиснених амортизаторах. Цей кут повинен бути мінімальним для зменшення навантаження на передню опору, але, в той же час, достатнім для оберігання від перекидання літака на хвіст при будь-якій посадці. Тому кут винесення шасі назад γ = φ + (1 – 2) °, де φ – кут перекидання.

При стоянці (рис. 3.34, а) між поверхнею аеродрому і опорами літака виникають реакції взаємодії. Сили реакції землі направлені вертикально вгору і рівні в сумі вазі літака

R_пер. + 2∙R_осн. = G,

де R_пер. – зусилля стоянки на передню стійку;

R_осн. – зусилля стоянки на основну стійку.

Рис. 3.34. Навантаження, які діють на шасі літака:

а) на стоянці; б) при приземленні; в) при розгоні; г) при посадці зі зносом.

Значення R_пер. і R_осн. залежать від співвідношень відстаней від центру тяжіння літака до передньої а і основних б стійок

R_пер. = G∙[б / (а + б)], 2∙R_осн. = G∙[а / (а + б)].

Зазвичай сила, що доводиться на передню стійку при схемі шасі з передньою опорою, складає 6 - 9 % від ваги літака, а на задню стійку при схемі шасі з хвостовою опорою 10 - 15 % від ваги літака.

При русі літака сили реакції землі діють похило до горизонту. При гальмуванні коліс під час приземлення (рис. 3.34, б) і набіганні їх на нерівності при розгоні (рис. 3.34, в) горизонтальна складова F_осн. і F_пер., яка направлена назад, збільшується. При посадці літака зі зносом (рис. 3.34, г знос вліво) або різкому його розвороті на землі з’являються бічні складові реакції землі F_п і F_л, при цьому зовнішня (ліва по ходу) стійка завжди навантажується більше внутрішньої.

Розрахункові навантаження на стійки шасі більше зусиль, що сприймаються на стоянці (R_пер. і R_осн.), оскільки при приземленні і русі літака з’являються додаткові інерційні сили N_ин.. Шасі на міцність розраховують з урахуванням експлуатаційних перевантажень n_е і запасу міцності f. Значення n_е і f відповідно до норм міцності можуть досягати 2,6-3,5 та 1,5-1,65, відповідно. При посадці літака на три опори розрахункові навантаження на шасі визначаються як

R_р.осн. = n_е∙f∙R_осн.; R_{р. пер.} = n_е∙f∙ R_пер..

При приземленні літака (рис. 3.34, б) піднімальна сила Y врівноважує силу ваги G і силу інерції літака N_ин.. При розгоні літака (рис. 3.34, в) піднімальна сила Y зростає від 0 до сили ваги G та, перевищивши її, відриває літак від землі.