Пристрій для розкручування колеса шасі літака перед приземленням

Реферат: UA 120278 U UA 120278 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до авіаційної техніки, а саме до пристроїв для примусового розкручування коліс шасі літака перед приземленням на посадкову смугу. Пристрій може бути використаний на будь-яких типах літаків цивільної авіації, а також на літаках військової авіації. На даний час при експлуатації всього світового існуючого парку літальних апаратів рішуче віддається перевага посадці літаків всіх типів без попереднього розкручування коліс шасі. При цьому технічно обґрунтованих висновків неможливості або недоцільності застосування принципу розкручування коліс шасі не існує, хоча в засобах масової інформації і, особливо, в останній час - в соціальних мережах ця тема постійно обговорюється і основними учасниками цих дискусій є діючі пілоти цивільної авіації, на плечах яких лежить відповідальність за сотні життів пасажирів керованих ними літаків. При приземленні літака, колеса шасі знаходяться в нерухомому стані, та при контакті колеса з бетонною посадковою смугою при швидкості понад 200 км/год., нерухомий гумовий пневматик починає ковзати десятки метрів по смузі, залишаючи сліди на поверхні бетону, допоки не набере необхідної обертової швидкості, що буде відповідати шляховій швидкості літака відносно посадкової поверхні. В цей момент спостерігається вкрай мала ефективність зчеплення пневматика з поверхнею посадкової смуги. При цьому також відбувається потужне тертя та нагрівання гумового протектора колеса, що іноді призводить до його горіння, а також до можливого вибуху пневматика. Окрім цього гумовий пневматик піддається інтенсивному зношуванню та максимальним зусиллям на розрив, в результаті чого істотно скорочується термін його служби, а також збільшується ймовірність виходу з ладу, що може призвести до аварії. Також момент контакту нерухомого колеса з посадковою смугою генерує потужний динамічний удар по консолі шасі, а також всієї конструкції літака, що завершується, так званим, капотуючим моментом. Застосування пристроїв для зменшення сили удару по консолі шасі шляхом амортизації за допомогою демпфуючих пристроїв (телескопічних, з використанням нахилених стояків, важільних і напівважільних схем кріплення шасі і т.д.) при значному ускладненні конструкції тільки частково вирішують проблему зниження сили переднього удару. Відоме колесо шасі літального апарата з аеродинамічним приводом (Патент РФ 2495793, приор. 03.05.12, опубл. 20.10.13, бюл. № 29, МПК (2006.01) В64С 25/40), що містить колесо шасі літального апарату з аеродинамічним приводом, на бічних поверхнях шини виконані лопатки з гуми, які не виступають за ширину профілю шини та є монолітними з шиною колеса. Відомий також пристрій для обертання коліс шасі літака потоком повітря (заявка РФ на винахід № 94025955/11 МПК 6 В64С 25/40, опубл. 10.06.1996), що містить встановлені на диску колеса радіально від маточини до обода з можливістю обертання лопаті у вигляді карманів, що мають форму сферичних сегментів та забезпечені інерційним вантажем. Недоліком вище наведених аналогів є конструктивні елементи, виступаючі за обід колеса, які збільшують габарити шасі і ускладнюють систему його випускання та прибирання. Внесення змін в конструкцію шасі потребує довготривалої роботи конструкторських колективів та зміни обладнання для виготовлення модифікованих дисків для шасі літаків, а лінійна швидкість колеса буде набагато меншою відповідно до коефіцієнта різниці в зовнішніх діаметрах пневматика та розміщених на бічних поверхнях шини лопатей у вигляді карманів. Відомий пристрій для розкрутки авіаколіс (Патент РФ 2041138, приор. 30.04.1991, опубл. 09.08.1995, МПК (1995.01) В64С 25/40), що містить обтічник, виконаний несиметричним відносно вертикальної площини, що проходить через вісь колеса і встановлений на шасі. Обтічник повністю закриває верхню половину колеса і частину нижньої половини колеса, і являє собою сектор з кутом 35°. Недоліками вказаного пристрою є ускладнення конструкції колеса та неможливість примусового розкручування коліс шасі до швидкості обертання, яка дорівнює шляховій швидкості літака в момент контакту із злітно-посадковою смугою. При використанні даного пристрою спостерігається низька ефективність зчеплення пневматика з поверхнею посадкової смуги, в результаті чого істотно скорочується термін його служби, а також збільшується ймовірність виходу з ладу, що може призвести до аварії. Відомий пристрій для здійснення посадки літака за допомогою колісного шасі (Патент України № 67924, приор. 23.05.2003, опубл. 15.07.2004, МПК (2006) В64С 25/00), що містить пневматик, барабан зі змінною і незмінною ребордами, по обидва боки якого прикріплені механізми розкручування у вигляді двох вітродвигунів з лопатками, верхня половина колеса з вітродвигунами закрита кожухами з прорізами, а до лопаток під кожух підведені повітроводи. 1 UA 120278 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Найбільш близьким аналогом є пристрій для розкручування колеса шасі літака при польоті перед приземленням (Патент РФ 2384467, приор. 01.04.2008, опубл. 20.03.2010, Бюл. № 8, МПК (2006.01) В64С 25/40), що містить стійку шасі з колесом та механізм розкручування. Колесо шасі оснащене турбінними лопатками, що закріплені з боків на ободі колеса, а на стояку шасі над колесом встановлений повітрозабірник з регулятором витрати повітря і соплами, що спрямовані на турбінні лопатки, що розміщені на передній частині у напрямку польоту ободу колеса. Недоліком вказаного пристрою є складність та громіздкість конструкції повітрозабірних пристроїв, що вимагає спеціальних заходів для їх підбирання разом з шасі після зльоту. При зльоті такі повітрозабірники створюють значне аеродинамічний опір руху, яке гальмує літак. Використання балонної системи пов'язано, насамперед, із великою додатковою вагою та вимагає перед польотом заправки повітрям під високим тиском, що значно ускладнює технічне обслуговування літака. У всіх вищенаведених пристроях для розкручування колеса шасі літака перед приземленням запропоновані крильчатки, встановлені безпосередньо на колесі шасі, при цьому діаметр запропонованої крильчатки значно менше зовнішнього діаметру пневматика, тому лінійна швидкість колеса буде набагато меншою відповідно до коефіцієнта різниці в зовнішніх діаметрах пневматика та крильчатки, а сила тиску повітряного потоку на лопаті крильчатки буде вкрай недостатньою для розкручування колеса по причині протидії цього ж повітряного потоку на протилежну половину крильчатки, яка буде рухатись навпроти напрямку руху літака. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення пристрою розкручування колеса шасі літака перед приземленням шляхом модифікації конструкції механізму розкручування та його розташування забезпечується завчасне примусове розкручування коліс шасі до швидкості обертання, яка дорівнює шляховій швидкості літака в момент контакту з посадковою смугою, відсутність динамічного удару в момент контакту літака зі смугою, мінімальний знос пневматиків, зберігання аеродинаміки повітряного судна та балансу ваги. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої для розкручування колеса шасі літака перед приземленням, що містить механізм розкручування, згідно з корисною моделлю, механізм розкручування виконаний як окремий навісний технічний вузол, виконаний у вигляді лопатевої прямої крильчатки, встановленої в середині круглого корпуса-кожуха з нижнім відкритим сектором, який сполучений із подвійним важільно-притискним механізмом з пружинами і муфтою, яка виконана з можливістю взаємодії амортизаційного стояка шасі з корпусом пристрою, лопаті крильчатки розташовані паралельно до осі обертання та перпендикулярно вектора дії потоку повітря, з обох боків корпуса - кожуху в окремих повітрообтічних закритих корпусах розташовані пари зчеплених шестерень (ведуча і ведена) циліндричної зубчастої передачі, ведуча шестірня закріплена на валу крильчатки, ведена шестірня закріплена на валу, паралельному до вала крильчатки, на протилежній стороні вала веденої шестірні розміщений прогумований по колу передавальний диск. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом, що досягається, полягає у наступному. Використання як механізму розкручування окремого навісного технічного вузла, виконаного у вигляді лопатевої прямої крильчатки, встановленої в середині круглого корпуса-кожуху з нижнім відкритим сектором забезпечує збереження аеродинаміки повітряного судна та балансу ваги при відсутності динамічного удару в момент контакту літака зі смугою та ефективність зчеплення пневматики з поверхнею посадкової смуги. Використання пари зчеплених шестерень (ведучої і веденої) циліндричної зубчастої передачі, ведуча шестірня закріплена на валу крильчатки, де ведена шестірня, закріплена на валу, паралельному до вала крильчатки, забезпечує передачу обертів від крильчатки на пневматик, і як наслідок, примусове розкручування коліс шасі до швидкості обертання, яка дорівнює шляховій швидкості літака в момент контакту з посадковою смугою, що забезпечує відсутність динамічного удару по стояку шасі та мінімальний знос пневматиків. Використання прогумованого по колу передавального диску, розміщеного на протилежній стороні валу веденої шестерні, забезпечує надійне зчеплення із зовнішньою стороною гумового пневматика і дозволяє гарантовано розкрутити колеса шасі літака та забезпечує збереження аеродинаміки повітряного судна і, як наслідок, безпеку при посадці. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг. 1 зображений загальний вигляд пристрою з фронтального боку, в розрізі; на Фіг. 2 - представлений вигляд пристрою збоку з парою зчеплених шестерень (ведучої і веденої) циліндричної зубчастої передачі, в розрізі; на Фіг. 3 представлений вигляд зліва пристрою з одним пневматиком; на Фіг. 4 зображено вигляд спереду пристрою з двома пневматиками. 2 UA 120278 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій (фіг. 1, 2) містить 12-ти лопатеву пряму крильчатку 1, розміщену в середині круглого корпуса-кожуха 2 з нижнім відкритим сектором 3, який сполучений із подвійним важільно-притискним механізмом 4 з пружинами 5 і муфтою 6, яка виконана з можливістю взаємодії амортизаційного стояка шасі 7 (фіг. 3, 4) та корпусу пристрою, лопаті крильчатки 1 розташовані паралельно до осі обертання коліс шасі 8 та перпендикулярно вектору дії потоку повітря, з обох боків корпуса-кожуха 2 в окремих повітрообтічних закритих корпусах 9 розташовані пари зчеплених шестерень 10 (ведуча і ведена) циліндричної зубчастої передачі, ведуча шестерня 11 закріплена на валу ( не показано) лопатей крильчатки 1, ведена шестірня 12 закріплена на валу 13, паралельному до вала крильчатки 1, на протилежній стороні вала веденої шестірні 13 розміщений прогумований по колу передавальний диск 14. Пристрій працює наступним чином. За існуючими правилами аеродинаміки літака, на глісаді перед посадкою літака, шасі 8 випускаються на висоті 400-600 метрів при швидкості 300-400 км/год. Зустрічний потік повітря, через нижній відкритий сектор 3 корпуса-кожуха 2 пристрою починає тиснути на лопаті крильчатки 1 та надає їм кутове розкручування. Лопаті крильчатки 1, набираючи обертів, передають їх через дві зчеплені зубчаті шестерні 11 і 12 прогумованому передавальному диску 14, який розташований на валу веденої шестірні 13 і який щільно притиснутий до гумового протектора пневматика 8, що забезпечує його розкручування. Пружини 5 важільно-притискного механізму 4, закріпленого на амортизаційному стояку шасі 7 за допомогою муфти 6, випрямляються та надійно притискають прогумований передавальний диск 14 до коліс шасі 8. Лінійна швидкість коліс шасі 8 вирівнюється з шляховою швидкістю літака, який здійснює м'яку посадку на посадкову смугу без динамічного удару та горіння резини пневматиків. Для розрахунку сили тиску повітря на лопаті нами вибрані шасі вітчизняного літака АН-26 та іноземного AirbusA330 (діаметр пневматиків цих літаків однаковий та дорівнює 1050 мм.) При оптимальному розмірі однієї лопаті - ширина 50 см, висота 20 см (діаметр крильчатки 40 см) силу тиску повітря (Fcтп) розраховується за формулою: Fcтп = c ×  × Sлп × 2/2= 1,25 × 1,22 × 0,1 × 10000/2  762,5Н  77,7 кг, де с - коефіцієнт аеродинамічного опору прямокутної лопаті, розташованої площиною перпендикулярно назустріч потоку повітря 1,25, 3  - щільність повітря 1,22 кг/м (рівняння Менделєєва-Клапейрона) при температурі +15 °C, яка визначена Міжнародною організацією цивільної авіації (ІСАО) в міжнародному стандарті атмосфери, де взято за основу температуру повітря на рівні моря, та яка використовується при розрахунках руху літальних апаратів, 2 Sлп - площа лопаті = 0,1 м ,  - швидкість літака в момент випуску шасі 100 м/с (360 км/год.). Враховуючи різний діаметр пневматика та крильчатки, їх лінійна швидкість теж буде різною. Периметр пневматика визначається за формулою Р = 2 r (2 × 3,14 × 0,525) = 3,3 м. Периметр крильчатки за цією ж формулою складає 1,26 м. Різниця між периметрами дорівнює коефіцієнту 2,62 (3,3/1,26), який також буде співвідношенням лінійної швидкості пневматика до лінійної швидкості крильчатки, тобто - за один оберт пневматика крильчатка буде здійснювати 2,62 оберти. Для вирівнювання лінійної швидкості між ними застосовуються дві зубчаті шестерні циліндричної передачі: - ведуча шестірня, яка отримує обертаючу силу від вала, на якому розташована крильчатка, - ведена шестірня, що отримує обертаючу силу від ведучої шестірні та використовується для зміни напрямку обертання, яке співпадає з напрямком необхідного обертання пневматика. Для визначення розміру ведучої та веденої зубчатої шестірні враховуємо умову, за якої габарити з'єднаних шестерень при їх розташуванні в закритому повітрообтічному корпусі не повинні бути більшими за діаметр кожуха (в нашому випадку - 40 см) Тобто, радіус ведучої шестірні та діаметр веденої шестірні не повинні перевищувати 20 см. Встановлюємо діаметр ведучої шестірні - 20 см (радіус 10 см). Для визначення діаметра веденої шестірні, використовуємо вище визначений нами коефіцієнт 2,62, що дає результат - 7,6 см. Таким чином, відстань від осі вала крильчатки, на якій розташована ведуча шестірня (центр кожуха), до зовнішньої сторони веденої шестірні складає 17,6 см, що дозволяє успішно розмістити шестерні в закритому корпусі діаметром 40 см, не виходячи за габарити цього кожуха. Розраховуємо кількість зубів на шестернях (при кроці зуба 16 мм) за формулою z = D п/m: Для ведучої шестірні = 200 мм/5,1 = 39 зубів, Для веденої шестірні = 76 мм/5,1 = 15 зубів, де Dп - діаметр початкової (ділильної) окружності в міліметрах, 3 UA 120278 U 5 10 15 20 m - величина елемента зубчатого колеса, що задається в частках модуля та вираховується розділенням кроку зуба, вираженого в міліметрах (16 мм), на число . В нашому випадку величина дорівнює 5,1. Для визначення діаметра прогумованого передавального диска застосовуємо формулу: Dpд = Dкp/(d1/d2) × 2,62 40 см/(20 см/7,6 см) × 2,62  20 см де Dкp - діаметр крильчатки; d1 - діаметр ведучої шестірні; d2 - діаметр веденої шестірні; 2,62 - коефіцієнт співвідношення діаметрів пневматика та крильчатки. Варіанти співвідношень діаметрів шестерень, кількості зубів на кожній шестірні та діаметра прогумованого передавального диска, який розташований на валу веденої шестірні можуть бути будь-якими, але за умови, що лінійна швидкість розкрученого пневматика повинна дорівнювати шляховій швидкості літака. Пристрій для розкручування колеса шасі літака перед приземленням найефективніше може бути використаний на стояках з двома паралельно розташованими пневматиками (Фіг. 4). Така компоновка шасі набула найбільшого поширення в світі, і саме її можна побачити на більшості літаків, що використовуються; Ан-12БК (передня стійка); Ан-24РВ (всі 3 стійки шасі по два колеса); Ан-74 (передня стійка); Boeing 737 (всі 3 стійки шасі по два колеса); Boeing 747 (передня стійка); Boeing 777 (передня стійка); Аіrbus А350 (передня стійка); франкоітальянський АТR 42-500; (передня стійка); BombardierCRJ100 і CRJ200 (всі 3 стійки шасі по два колеса); МСDоnnellDouglas МD-83 (всі 3 стійки шасі по два колеса) та ін. Малі габарити та вага, а також можливість встановлювати його на будь-якому етапі експлуатації літаків, є також додатковою перевагою його практичного застосування. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Пристрій для розкручування коліс шасі літака перед приземленням, що містить механізм розкручування, який відрізняється тим, що механізм розкручування виконаний як окремий навісний технічний вузол, виконаний у вигляді лопатевої прямої крильчатки, встановленої в середині круглого корпуса-кожуха з нижнім відкритим сектором, який сполучений із подвійним важільно-притискним механізмом з пружинами і муфтою, що виконана з можливістю взаємодії амортизаційного стояка шасі з корпусом пристрою, лопаті крильчатки розташовані паралельно до осі обертання коліс шасі та перпендикулярно вектора дії потоку повітря, з обох боків корпусакожуха в окремих повітрообтічних закритих корпусах розташовані пари зчеплених шестерен (ведуча і ведена) циліндричної зубчастої передачі, ведуча шестірня закріплена на валу крильчатки, ведена шестірня закріплена на валу, паралельному до вала крильчатки, на протилежній стороні вала веденої шестірні розміщений прогумований по колу передавальний диск. 4 UA 120278 U 5 UA 120278 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6