Шасси для СЛА

Шасси для СЛА. Каким оно должно быть, исходя из специфики использования легких самолетов?
СЛА - это летательные аппараты, предназначенные преимущественно для любительских полетов, зачастую с неподготовленных площадок и часто оснащенные двигателями, не рекомендованными для применения на воздушных судах. Очевидно, что шасси у них должны быть с повышенными требованиями к восприятию взлетно-посадочных нагрузок, к поглощению ударов и устойчивости против "козления", а также оснащены надежными тормозными устройствами.
Занимаясь проектированием, постройкой и эксплуатацией различного рода летательных аппаратов, мы регулярно сталкивались с проблемой надежных элементов для шасси.
Прочно обосновавшаяся в конструкции шасси СЛА рессора - это достаточно элегантное, аэродинамически "чистое" решение. Привлекает ее видимая простота и кажущаяся дешевизна. Но является ли рессора именно тем элементом, который поможет непрофессиональному пилоту не сломать самолет в случае возможной ошибки при выполнении посадки или опытному пилоту сесть с отказавшим двигателем на ограниченную площадку с неопределенным рельефом? При отсутствии элемента, поглощающего энергию удара, рессора остается просто пружиной с практически линейной зависимостью деформации от нагрузки. С ростом нагрузки рессора деформируется, пока не сломается, а если удар оказался не очень сильным и рессора осталась целой, то накопленная энергия передается обратно самолету, отсюда - большая вероятность "козления".
Автомобильная амортизационная стойка как альтернатива рессоре в некоторых случаях выглядит лучше, но учитывая то, что автомобильные амортизаторы изначально созданы для автомобилей с их нагрузками, спецификой работы, - практически невозможно подобрать подходящий по параметрам амортизатор, а присут-ствие пружины делает шасси довольно тяжелым. Стандартные автомобиль или мотоцикл не рассчитываются на удар о землю с вертикальной скоростью 3-4 м/с, а работа гидравлики направлена на то, чтобы обеспечить в первую очередь плавность движения.
Единственный выход в такой ситуации - применение традиционного авиационного решения на базе жидкостно-газовых (гидропневматических) амортизаторов. Специально созданный для максимального поглощения энергии удара при посадке гидропневматик имеет наибольшую весовую эффективность. Существует большое разнообразие конструктивных исполнений гидропневматических амортизаторов. Основываясь на этом, можно выбрать максимально дешевый амортизатор, с достаточным ресурсом, с возможностью эксплуатировать его в обычных условиях без наличия специального оборудования для подкачки.
В большой авиации под каждый самолет проектируется свой амортизатор. Объясняется это весьма высокими требованиями к элементам шасси и к самолету в целом со стороны норм летной годности.
В случае же со СЛА ситуация выглядит гораздо проще. Диапазон взлетных весов летательных аппаратов колеблется в пределах 450 кг, схемы шасси не дают большой разницы в нагрузках на амортизационную стойку. В этой связи существует возможность разработать универсальный амортизатор, который можно применить на любом летательном аппарате, что и было сделано инженерами одной из киевских фирм. Выполнив необходимые расчеты и проверив их на опытных стендах, они пришли к выводу, что, варьируя объем масла и давление закачки при одной и той же геометрии амортизатора, можно получить диаграмму обжатия, удовлетворяющую широкому диапазону технических требований. Проводя испытания на специально созданном стенде, они подобрали конструкцию клапана, обеспечивающую удар о землю без отскока и в то же время с достаточно быстрым возвратом на обратном ходе. Следующим шагом стало освоение производства шлифованных штоков, поиска надежных высокоресурсных уплотнений. В результате работы над решением всех этих проблем они научились создавать амортизаторы под конкретные технические условия заказчика, точно соблюдая заданные параметры. Исходными данными для проектирования являются:
- стояночная нагрузка на стойку;
- величина обжатия при стояночной нагрузке;
- нагрузка при полном обжатии, которая определятся исходя из максимальной посадочной перегрузки и кинематики шасси;
- рабочий ход.
После создания универсального амортизатора для СЛА, используя стандартные конструктивные схемы, было освоено производство амортизаторов практически на все случаи жизни. Это амортизаторы сжатия и растяжения, скомпонованные штоком вверх и штоком вниз, со стояночной нагрузкой на амортизационную стойку от 80 до 1000 кгс. Давление закачки в общем случае не превышает 20 атм., что делает возможным подкачку амортизатора ручным насосом для амортизаторов горного велосипеда. Применяемые полиуретановые уплотнения и высокоресурс-ные пары трения делают срок службы амортизатора превосходящим ресурс планера самолета. Один из вариантов этого амортизатора, созданный для мотоцикла, проехал в условиях наших дорог более 5000 км, что соответствует 25 000 полетов. При этом следов износа, препятствующих нормальной работе, замечено не было.
В настоящее время эти амортизаторы ставят в разных частях земного шара на носовые вилки мотодельтапланов и носовые стойки самолетов, на основные стойки мотопарапланов, мотодельтапланов, автожиров и самолетов. Следует заметить, что на летательных аппаратах с повышенным риском приземления с высокой вертикальной скоростью, таких как мотопара-план, применение гид-ро-пневматиков особенно оправ-дан-но. Также обо-сно-ванным становится применение гидропневматиков при росте взлетного веса в связи с исполь-зованием тяжелых силовых установок на базе мощных автомобильных двигателей и двигателей Rotax-912 (914).
Что касается другого элемента шасси - тормозной системы, то применение элементов, специально спроектированных под конкретные технические условия, - это залог управляемого движения по земле и остановки в желаемом месте. В настоящий момент у конструктора хватает вариантов для выбора тормозных устройств, но это, как правило, тормозные системы, произведенные в дальнем зарубежье. Часто из-за этого, а то и по причине не совсем серьезного отношения к проектированию тормозной системы на легких самолетах приходится видеть либо механические тормоза от велосипедов, либо гидравлические тормоза, но с неоправданно малыми размерами исполнительных цилиндров и тормозных дисков на колесах. В таблице приведены цифры, которые показывают, с какой силой надо надавить на поршень командного цилиндра, чтобы "сорвать" колесо в юз при разных диаметрах поршней исполнительных цилиндров. В расчете принималось: количество поршней в исполнительном цилиндре - один, расчетный диаметр колеса - 420 мм, вес летательного аппарата - 450 кг, диаметр поршня командного цилиндра - 14 мм, диаметр тормозного диска - 200 мм.
Диаметр поршня исполнительного цилиндра, мм Потребная сила давления на поршень командного цилиндра, кгс Давление в тормозной системе, атм
20,0 279,9 181,9
25,0 184,3 119,8
35,0 99,7 64,8
38,0 86,2 56,0
Из таблицы видно, что при малых диаметрах поршня исполнительного цилиндра и тормозного диска становится нереальным надавить на поршень командного цилиндра так, чтобы создать нужное давление, а это значит, что торможение будет неэффективным и колеса будут проворачиваться. При проектировании тормозной системы желательно применять исполнительные цилиндры с максимальной площадью поршня (поршней), а командный цилиндр должен обеспечивать необходимый расход жидкости для создания рабочего давления, тормозные диски должны иметь такой диаметр, который бы обеспечивал необходимый тормозящий момент.
Для самолетов с взлетным весом до 750 кг киевскими инженерами было спроектировано и освоено производство полного набора элементов гидравлической тормозной системы для СЛА: командные цилиндры, исполнительные, тормозные диски, штуцера под различные трубопроводы, тройники.
Исполнительные цилиндры имеют различное исполнение. Это односторонние с одним поршнем, монтируемые снаружи тормозного диска, односторонние, монтируемые внутри тормозного диска, двухсторонние с двумя поршнями.
Ход командного цилиндра обеспечивает расход жидкости, необходимый для работы двухпоршневых исполнительных цилиндров на двух основных колесах летательного аппарата.
При проектировании непосредственно командного и исполнительных цилиндров обеспечено максимальное гидравлическое передаточное отношение и, следовательно, максимальное тормозное усилие. Диаметр поршня командного цилиндра - 14 мм, диаметр поршня исполнительного цилиндра - 38 мм.
Следует, однако, заметить, что эффективность торможения зависит не только от параметров элементов тормозной системы, но и от механического передаточного отношения и компоновки тормозной ручки или педали, длины и жесткости тормозных шлангов, диаметра колес.
Были также разработаны и дополнительные устройства. Это парковочный кран, который используется для обеспечения торможения при стоянке с работающим двигателем. В случае самолета со спаренным управлением в тормозную систему может быть включен клапан спаренного управления, который позволяет осуществлять торможение каждому пилоту независимо. Для увеличения эффективности управления при движении по земле в тормозную систему может быть включен кран раздельного торможения колес. Это устройство, которое было предложено компанией "Аэромеханика", г. Москва, позволяет при торможении тормозным рычагом, расположенным на ручке управления самолетом, блокировать либо оба колеса, либо правое или левое колесо, в зависимости от положения педалей.
Основные детали элементов тормозной системы производятся из Д16Т, в качестве уплотнений используются манжеты и кольца, выполненные из стойкой к тормозной жидкости резины.
Все вышесказанное не является чем-то новым, ранее неизвестным. Просто в настоящий момент качественные комплектующие становятся наконец доступными для всех нуждающихся.
А применение на летательном аппарате специально для него созданных комплектующих - это не признак хорошего тона. Это просто залог безопасности полетов и успешной реализации своих замыслов.

Олег Скирко,г. Киев