Устройства за излитане и кацане на летателни апарати: Разлика между версии

[[File:Antonov-225 main landing gear 2.jpg|thumb|300px|Колесник на Антонов-225 Мрия]]

[[File:Piper.cub.750pix.jpg|thumb|200px|Конструкция на колесника от 30 години на ХХ век на популярният Piper cub]]

[[File:Cessna.150e.g-atef.arp.jpg|thumb|200px|Cessna 150Е с устройство за излитане и кацане по триопорна схема с носово колело]]

[[File:Antonov An-225 at Farnborough 1990 airshow.jpg|thumb|200px| Ан-225 с устройство за излитане и кацане по триопорна схема с предни носови опорни колела и многостоечен колесник]]

В повече от 100 годишната история на авиацията тези устройства се променят, усъвършенстват и позволяват построяването на по-тежки, по-скоростни летателни апарати, с по-добри аеродинамични характеристики и по-висока икономическа ефективност при експлоатацията им. Това е първото, което се вижда в исторически план – от първия [[самолет]] [[Флайер I]] на [[братя Райт]], който за излитане и кацане има една дървена ска, до многото стойки на колесника и десетките колела на самолета [[Антонов Ан-225 Мрия]].

 

[[File:Flickr - Official U.S. Navy Imagery - 120507-N-JO908-032.jpg|thumb|200px|Двуопорна система използвана при изтребител с вертикално излитане AV-8B Harrier. Виждат се помощните колела на крилата]]

 

* Да осигурят поглъщане и разсейване на [[Кинетична енергия|кинетичната енергия]] при кацане без опасност за конструкцията на летателния апарат. Това изискване налага използването на пневматични колела със здрава конструкция, [[Пружина|пружини]] и амортизатори позволяващи многократно претоварване и високоефективна [[Спирачка|спирачна система]].

 

Различават се няколко вида устройства за излитане и кацане. Класификацията им се определя от техническите и конструктивните решения, обусловени от предназначението на летателния апарат, неговите скоростни характеристики и характеристиките на условията, при които се използва. Разделянето на видовете може да се направи както от броя на основните опори (стойки) на летателния апарат, така и от използваните средства осъществяващи начина за непосредствено придвижване по повърхността на земята.

 

Най-масовите летателни апарати, които излитат и кацат върху твърда земна повърхност използват колесници. Технически това се решава с три основни схеми – две схеми реализирани с колесник по т. нар. триопорна система и трета основна схема наречена двуопорна система, реализирана също с колесник. <ref name= boris></ref>

 

Това е най-разпространената схема, използвана още от зората на самолетостроенето. Използва се в [[самолет]]и, [[хеликоптер]]и и [[автожир]]и. Към устройствата по тази схема се предявяват изключително строги изисквания поради сложността им, високите натоварвания и сложната [[Кинематика|кинематическа схема]], особено в съвременните самолети. Колесниците са най-разпространените и най-използваните устройства за излитане и кацане въпреки голямото разнообразие от летателни апарати.

 

* '''Многоопорна схема'''. Тя се явява развитие на триопорната схема на колесник с две основни опори, но всяка се състои от повече от една опора. Използва се при тежките транспортни самолети с маса над 200 t. <ref name= iliev> Илиев, Валентин. Летателни апарати конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 203 ISBN 954-9518-17-5</ref> В този случай при многостоечните колесници две от опорите се приближават към оста на самолета за увеличаване проходимостта и разпределяне на натоварването върху летателната полоса. Възможно е поставянето на някои от опорите да лежат пред центъра на масата на летателния апарат, което значително разтоварва допълнителна предна носова опора.

 

Двуопорната схема на устройства за излитане и кацане е третата основна схема и се нарича още '''велосипедна схема''' при ползване на колесник. Летателният апарат използва основно две опори разположени по надлъжната осова линия на [[фюзелаж]]а една зад друга на почти еднакво разстояние от центъра на масата. При това задната опора е по-натоварена от двете. За стабилност при рулиране върху крилата са разположени допълнителни опори. Предната опора е управляваща. Тази схема се използва при необходимост от разполагане на значителен товар близо до центъра на масата при [[самолет]]и високоплани като например бомбардировачите [[B-52]] и Мясищев 3М, скоростни разузнавателни самолети като [[Локхийд U-2]], бойни самолети от типа Яковлев Як 25, 27, 28, или при самолети с вертикално излитане AV-8B Harrier. <ref> Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 201 ISBN 954-9518-17-5</ref>

 

* '''Поплавъци''' – поставят се на [[хидроплан]]и, предназначени за излитане и кацане върху водна повърхност. Основно се използват два поплавъка, но се използва и един основен поплавък и два помощни поплавъка монтирани на крилата.

* '''Летяща лодка'''. Конструкцията на фюзелажа е изпълнена с формата на плавателен съд и при рулиране, излитане или приводняване фюзелажа е потопен във водата като плавателен съд. Тази конструкция се използва при тежки многомоторни пътнически и транспортни самолети.

:Специализирани са устройствата за стартиране летящите бомби V-1 (Фау-1) (т. нар. катапулт Walter) <ref>Семерджиев, Стефан. Луфтвафе Възход и крах, Издателство „ЕЪР ГРУП“, София, 2000, с. 80 ISBN 954-752-012-1</ref> от времето на Втората световна война. Специализирани устройства се използват за стартиране на крилати [[Ракета|ракети]] и др. Към тези устройства може да се причислят и тези за стартиране на летателни апарати със стартова количка. Така е организирано излитането на [[Месершмит 163]]. Me 163 Komet няма колесник, а стартова двуколесна количка <ref name= "Igor">Андреев, Игорь. Боевые самолеты, Москва, 1994, с. 110 ISBN 5-212-00730-5</ref>, която след набирането на малка височина се откачва от самолета и пада на летателното поле. Приземяването става с плъзгането върху спусната хидравлична ска с дължина 1,8 m.

 

Според приетите системи, устройствата за излитане и кацане се характеризират с геометрични параметри задаващи мястото и разположението им. Основни определящи се явяват масовия център на летателния апарат и разположението му спрямо главните строителни оси на апарата. От зададените основни геометрични параметри зависи отдалечеността на летателния апарат от земята при излитане и кацане. Този параметър определя и аеродинамичните характеристики на апарата, поради екраниращия ефект на земята. Тази близост силно влияе върху устойчивостта и натоварванията в тези фази на полета. <ref>Маджаров, проф. д.т.н. Борис, Аеродинамика на летателните апарати. Кратък курс, катедра „Възд. транспорт“, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“ АД, София, 2000, с. 23</ref>

 

Средствата за излитане и кацане на самолетите предопределят и начина на пилотиране на летателния апарат, както и особеностите при изпълнение на тези фази на полета. От друга страна предназначението на самолета и неговите аеродинамични характеристики определят и избора на устройствата за излитане и кацане като схема за транспорт на апарата по повърхността на земята.

 

[[File:De Havilland DH.82 Tiger Moth - undercarriage tailwheel detail.jpg|thumb|200px|Опашно колело на De Havilland DH.82 Tiger Moth. Вижда се връзката с вертикалния стабилизатор за управление на колелото]]

Триопорната схема с опашно колело или бекил, наричан още рило, в исторически план е първото техническо решение прието и масово използвано в летателните апарати. Разполага с колесник с две основни колела отпред, изнесени пред центъра на тежестта на самолета, и опашна опора в края. Така опашното колело, което носи около 10% от общото тегло, <ref name = "il"></ref> има значително по-малки габарити от основните колелата на колесника. Такава форма и размери не влошава съществено аеродинамиката на самолета при обтичането на [[фюзелаж]]а и не увеличава челното съпротивление. Опашното колело е свързано с вертикалния стабилизатор за управление на посока в хоризонталната равнина и осъществява управлението на самолета на земята. Това преместване при полет увеличава съпротивлението, което затруднява пилотирането, поради отклоняването от курса. Макар и да е по-евтино техническо решение, смята се че управлението на самолета е по-трудно при излитане и приземяване. Отдалечаването на задната опора от центъра на тежестта налага и специално обучение на пилотите, особено за изпълнението на фазата на полета приземяване. Това е от особена значение за витловите самолети, където доброто успешно приземяване е едновременното приземяване на трите опорни точки. С вирнатия нос на самолета се осигурява добър запас за проходимостта на [[Въздушен винт|въздушния винт]] и се предотвратява неговото аварийно удряне в земята или капотаж на самолета. Характерното за тези устройства е, че независимо от това дали е сгъваем или неприбираем основният колесник, опашното колело е неприбираемо.

 

Недостатъците на системата:

[[File:British Airways Concorde G-BOAC 03.jpg|thumb|200px|Британски Конкорд G-BOAC. Вижда се в края на фюзелажа помощното колело за защита на опашката ]]

 

Триопорната схема с носово колело е най-разпространената схема, която започва да се използва в самолетите през време на [[Втора световна война|Втората световна война]] и до днес. Основният колесник, независимо от броя на колелата и конструкцията с конзолно монтирани колела или количка с колела, е разположен в зоната на центъра на тежестта и зад него по протежение на фюзелажа към опашката. <ref name = "TU"> Илиев, Валентин. Летателни апарати конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 200 ISBN 954-9518-17-5</ref> Носовото колело има товароспособност по-малко от 1/3 от общото тегло на летателния апарат <ref name ="IV"> Илиев, Валентин. Летателни апарати конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 205 ISBN 954-9518-17-5</ref>и се използва за управление на самолета при рулиране. Системата за управление от пилотската кабина се осъществява с педалите или рула, като техническото решение е различно за конкретните машини.

 

Предимство на системата с предна опора:

 

Недостатък:

 

[[File:Jet airliner's tire arrangement(6models).PNG|center|900px]]

<center>Брой на стойките и поставяне на колелата при някои модели тежки самолети използващи триопорна и многоопорна схема с носово колело </center>

 

Тази схема на колесника позволява да се разположи значителен товар близо до центъра на масата. Известна още като велосипедна схема, тя се прилага основно в самолети горноплощници и при самолети с вертикално излитане. По такава аеродинамична схема се конструират и произвеждат бомбардировачи и разузнавателни самолети. Макар предизвикано принудително, това решение има следните предимства:<ref name = "dve"> Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 201 – 202 ISBN 954-9518-17-5</ref>

 

 

Недостатъци:

 

[[File:Premier train penaud.jpg|thumb|250px|Проект на аероплан на Алфонс Пено от 1876 г. със сгъваем колесник]]

В исторически план самолетите, произвеждани до началото на Втората световна война са с неприбираеми колесници. За подобрявяне на аеродинамиката, върху стойките са монтирани специални обтекатели на колелата и стойките. Примери за това са известният бомбардировач [[Junkers Ju 87]] и бойния [[PZL.23 Karas]] полско производство. Въпреки мерките за подобряване на аеродинамиката, скоростта на самолетите не надхвърля 400 km/h. Съвременните нискоскоростни самолети за учебни цели, леките и свърхлеките самолети, мотогондолите на [[делтаплан]]ите обикновено са изпълнени по тази евтина конструктивна схема. Тази схема се използва и в леките многоцелеви граждански и служебни самолети като например [[Cessna 208 Caravan]].

 

За да се обезпечи надеждно прибиране или особено спускане на колесника и за да се предотврати отказ на системата, обикновено има няколко независими една от друга резервиращи системи, независимо от това дали задвижването на системата за прибиране се осъществява с електрически средства или е с хидравлично задвижване. При други самолети ръчното задвижване е основното и единствено, каквато е системата на учебно-тренировъчния самолет [[Лаз-7]]<ref>Самолет Лаз-7М – учебно тренировъчен и лек нощен бомбардировач, Найден Дичев, сп. „Клуб модел“, бр. 11/2001, издава "Еър груп 2000</ref>. Ако електроенергийната система например е повредена, аварийно спускане на колесника винаги е възможно. Осъществява се с ръчно задвижване с манивела на червяк за спускане или прибиране на колесника или с хидравлична помпа. В големите транспортни самолети се поставя и аварийна пневматична система задвижвана от [[азот]]. Отключването на системите за фиксиране на прибрания колесник позволява и до успешно спускане на колесника под действие на собственото му тегло при подходящо управление на летателния апарат от пилота.

 

 

=== Безопасност и компромиси ===

* Максимален ъгъл на напречен наклон при кацане '''ε₁''' и '''ε₂'''. Това е ъгълът между равнината на летателната полоса в допирната точка на колесника и най-ниската част от мотогондолата, разположена на центроплана след опората, или края на крилото. Този ъгъл определя максималния крен при кацане на самолета, без да настъпи [[авиационен инцидент]].

* Височина '''Н'''. Определя се от повърхността на летателното поле и най-ниската точка от повърхността на фюзелажа или крилата (при долноплощник) до полосата. Тук трябва да се има предвид и разстоянието от края на въздушния винт до земната повърхност, което трябва да е по-голямо от 150 – 200 mm (за леки и свърхлеки самолети)<ref name= "inj"/> и зависи от покритието на площадката за излитане и кацане;

* Надлъжна база – '''b'''. Разстоянието между основната опора и опашната опора или носовото колело;

* Ширина на следата (коловоз) – '''В''' е разстоянието между основните опори измерено по напречната ос на летателния апарат;<ref name = "BM">Маджаров, проф. Борис.Аеродинамика на летателните апарати, Катедра „Въздушен транспорт“ ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2000, с. 24 </ref>

* Ъгъл на кацане '''α'''_кац на самолет с носова опора се определя от критичния ъгъл на атака на крилото намален с '''Δα'''= 2 – 3⁰. Това обезпечава успешно парашутиране и намаляване скоростта на самолета при кацане без да има опасност от аварийно опиране на опашката на самолета. <ref name= "inj"/>

 

==== Стойка ====

Това е основен опорен елемент, който предава силите възникващи в летателния апарат от теглото му и скоростта на движение в две посоки от гумата към силовите елементи в тялото и обратно. За погасяване на ударите върху конструкцията на стойките, тези елементи се изпълняват и като амортизатори.<ref> Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 210 ISBN 954-9518-17-5</ref>

[[File:ILA 2008 PD 953.JPG|thumb|Многодискова спирачна система на самолетно колело – музеен експонат]]

 

Колелото е основният опорен елемент на колесника, с който се осъществява контакта със земната повърхност. Изпълнява основно функциите за придвижване, спиране и управление на летателния апарат. Състои се от гума, барабан, лагеруващ в закрепена неподвижно ос с вилки или конзоли на стойките и спирачка. <ref> Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 225 ISBN 954-9518-17-5</ref>

 

 

:-'''Спирачна система'''. [[Спирачка|Спирачки]]те имат основно предназначение познато и от другите транспортни средства. При летателните апарати поради по-високата скорост при приземяване и значителна маса, кинетичната енергия, която трябва да се разсее е значителна. Това определя и нейната конструкция.<ref> Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 227 ISBN 954-9518-17-5</ref> Когато не се използват въздушни спирачки, реверс на двигателите и спирачни парашути, спирачната система трябва да обезпечи разсейването на 60 – 80% от енергията на движещия се летателен апарат. При използването и на други спирачни средства, разсейваната енергия от спирачките може да се намали до 30 – 40%. <ref> Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 207 ISBN 954-9518-17-5</ref>

 

==== Амортизатор ====

Количката е техническо решение за колесника, което се използва за увеличаване броя на осите с монтирани колела върху една стойка. Количката трябва да обезпечи преразпределение на натоварването, което усложнява конструкцията с механизми за натоварването на различните оси. При кацане количката може да е в хоризонтално положение или да са спуснати задните колела по посоката на движение. Във втория случай развъртането на задните колела става преди предните и това намалява действието на т. нар. „пружинен удар“.

 

 

==== Механизъм за завиване ====

 

=== Натоварване на колесника ===

 

:<math> P_\text{max1} = \frac{G_\text{max}}{v}.\frac{{b} - e_\text{min}}{b}</math>, където

 

Работният режим на стойките, барабаните и гумите е по-тежък от този при статично натоварване, макар той да е основният определящ. Натоварването при кацане се определя от възможността на системата да поеме и разсее вертикалната компонента на възникналата кинетична енергия. Определящи фактори са вертикалната скорост за кацане, но силно влияят метеорологичните условия, опита на пилота и състоянието на летателния апарат (позволяващо нормални работни режими или състояние предизвикано от аварийна ситуация). По време на кацането се деформират амортизаторите и гумите. Амортизационната ефективност на тези два елемента е от важно значение за експлоатацията на летателния апарат, затова за различните апарати се приемат различни параметри за претоварване. Прието е нормирането на това претоварване да бъде оразмерено с коефициент:

 

Якостните норми при кацане задължително отчитат и един друг важен фактор наричан „пружинен ефект“. Това е деформирането на стойките при докосване на земята от колелата. Силата на триене е много голяма, поради това че колелото е в покой и развъртането му до въздушната скорост на летателния апарат в този момент, се определя от силата на натиска и коефициента на триене с летателната полоса. Посоката на мощния удар при съприкосновение със земята е насочен под ъгъл 45⁰ назад и нагоре.

 

 

[[File:JetBlue292Landing.jpg|thumb|200px|Ербъс А320 при аварийно кацане с повреден носов колесник на летището в Лос Анджелис на 21.09.2005 г.]]

* [[Аеродинамична форма]]

 

{{Commonscat|Undercarriages}}

<references />