Что такое воздушный тормоз у самолета
Как устроена система шасси и тормозов пассажирского самолета
Всем привет. В продолжение темы описания авиационных систем «для чайников» (тут и тут), я подготовил новый текст про шасси и колёсные тормоза самолётов.
Параграф добавлен после прочтения комментариев: Прежде чем продолжить, хочу уточнить, что основной моей специализацией является бортовое радиоэлектронное оборудование, а не отдельные системы самолёта. Соответственно «чайникам» я тоже рассказываю «усеченную» картину мира, достаточную для их работы. Мне кажется, что эти материалы могут быть интересны и более широкому кругу читателей. При этом на полноту освещения рассматриваемой темы не претендую. Так что не стреляйте в пианиста, он играет как умеет. 🙂
Система колёс, на которые опирается самолёт при движении по земле, называется шасси. В современных авиалайнерах используется трёхстоечная система шасси с двумя основными стойками, расположенными под крылом позади центра тяжести и одной передней стойкой, расположенной в носу самолёта. Основные стойки шасси оснащаются тормозами, а передняя стойка делается поворотной, чтобы самолет мог маневрировать при движении по земле.
1. Поворотная носовая стойка
Кроме распределения веса самолета, носовая стойка поворачивается влево-вправо, чтобы самолет мог маневрировать при движении на земле.
Поворотом носовой стойки можно управлять двумя способами:
Управление поворотом носовой стойки с помощью педалей осуществляется на разбеге при взлёте и пробеге при посадке, когда скорость самолета достаточно велика. Одновременно, с помощью этих же педалей, летчик управляет отклонением руля направления.
картинка кликабельная
Предел отклонения носовой стойки при управлении от педалей специально ограничен, как правило это 10 градусов. Поворачивать на рулёжные дорожки, когда надо отклонять носовую стойку на углы порядка 50-70 градусов, не получится. На малых скоростях для руления используется ручка управления носовой стойкой.
Эта ручка используется только при рулёжке и автоматически отключается при больших скоростях движения.
картинка кликабельная
2. Основные опоры шасси и Колёсные тормоза
Основные опоры шасси представляют собой тележку, на которую навешиваются колеса, оснащённые тормозами.
Тормоза на самолёте похожи на автомобильные, только существенно мощнее, что не удивительно, т.к. им приходится тормозить машину массой 30-600 тонн со скоростей порядка 250 км/ч до нуля на ограниченной по длине взлётно-посадочной полосе (ВПП).
Самолётные тормоза состоят из «бутерброда» тормозных дисков и колодок.
В комментариях уточнили, что статическая часть тормозов в нашем случае тоже называется дисками. В разговоре с профильными специалистами я всегда слышал про «колодки». Возможно это жаргонизм, но на описание системы «для чайников» это влияет мало. В любом случае принцип действия тот же, что и в автомобильных тормозах, а реализация гораздо более мощная.
Колёсные тормоза могут быть задействованы двумя разными способами: «вручную» и автоматически.
«Вручную» пилот тормозит педалями. Может возникнуть вопрос, как пилот умудряется педалями и носовой стойкой управлять и тормозить? Дело в том, что педали самолёта устроены совсем не так, как в автомобиле. Управление по направлению выполняется перемещением педалей вперёд-назад. При этом две педали двигаются синхронно: левая вперёд-правая назад и наоборот. Управление тормозами осуществляется нажатием на педаль. Каждую педаль можно нажимать отдельно, так называемое дифференциальное торможение — это ещё один из способов управления направлением движения по земле. Если левым тормозом пользоваться интенсивнее, чем правым, то и самолёт будет разворачивать влево и наоборот.
Автоматический режим торможения включается сам при наступлении определенного события. Таких событий может быть два:
Активировать/деактивировать режим автоторможения в самолётах Airbus и SSJ-100 лётчик может с помощью одной из четырёх кнопок под ручкой уборки-выпуска шасси (В Boeing для этого используется переключатель). Три кнопки (LOW, MED, MAX) соответствуют различным интенсивностям торможения при посадке, а четвертая (RTO) активирует режим прерванного взлёта.
С автоторможением при посадке всё очевидно. Давайте рассмотрим режим прерванного взлёта.
Прерванный взлёт — это режим, когда экипаж решает прекратить взлёт по причине существенного отказа. Прервать взлёт можно только до достижения «скорости принятия решения». Скорость принятия решения зависит от длины и состояния поверхности ВПП и рассчитывается исходя из возможности затормозить, не выкатившись за пределы ВПП. Если в процессе набора скорости неисправность происходит после достижения скорости принятия решения, экипаж продолжит взлёт, что бы не случилось. Если до — будет тормозить.
Перед каждым взлётом экипаж обязан активировать автоторможение. Скорость начала и интенсивность торможения при прерванном взлёте напрямую влияет на то, выкатится ли самолёт за пределы полосы или нет. Активированное автоторможение гарантирует, что торможение начнётся немедленно после вывода двигателей из взлётного режима.
Если прерывать взлёт приходится при максимальной взлётной массе и на предельной скорости, то несмотря на то, что кроме колёсных тормозов экипаж задействует реверс и воздушные тормоза, энергия, которую должны поглотить тормоза, разогревает их так, что они начинают светиться не хуже лампочки. После полной остановки самолёта работа тормозов не заканчивается. Они должны выдержать ещё не менее 90 секунд, прежде чем подожгут стойки шасси. По нормативам, что за 90 секунд к самолёту подоспеет пожарная команда, которая всегда дежурит в аэропортах (и успевает!).
Спасибо комментариям — напомнили об одной очень важной функции тормозов авиалайнера: антиблокировочной системе (АБС). Основное отличие АБС самолёта от таковой автомобиля заключается в последствиях блокировки колёс: если у автомобиля блокировка приводит к снижению управляемости и увеличению тормозного пути, то заблокированные колёса самолёта при посадке просто взрываются от трения об асфальт. А без покрышек основных стоек торможение не будет ни эффективным ни безопасным. Так что АБС на самолёте неотключаемая и довольно критическая функция.
3. Уборка — выпуск шасси
Кроме тормозов и управления носовой стойкой с шасси связана ещё одна важная функция — уборка/выпуск шасси. Управление уборкой-выпуском шасси в нормальном режиме осуществляется с помощью соответствующей ручки на приборной панели.
Для улучшения аэродинамических свойств ЛА ниши, в которых размещаются убранные шасси, закрываются створками, поэтому процедура нормальной уборки шасси выглядит примерно так:
Весь процесс занимает 20-40 секунд. Если в процессе что-то идёт не так, то система прерывает процесс, т.к. есть вероятность что-то сломать. Нормальный выпуск шасси происходит в обратном порядке.
На случай неисправностей в системе уборки-выпуска предусмотрен особый порядок выпуска шасси — аварийный выпуск. Аварийный выпуск активируется кнопкой аварийного выпуска, расположенной под колпачком рядом с ручкой уборки-выпуска шасси. При аварийном выпуске средствами, не зависящими от вычислителя системы уборки-выпуска шасси, снимаются замки убранного положения стоек шасси и створок. Шасси вываливается под собственным весом. Массы каждой из стоек достаточно чтобы выломать створку, даже если та не откроется сама. На замки нижнего положения стойки также встают под действием собственного веса.
4. Датчики обжатия стоек шасси
Информация об обжатии стоек шасси, которые я упоминал выше, это очень нужная многим системам информация. Пожалуй, стоит перечислить кое-какие функции, зависящие от этого сигнала:
При появлении сигнала обжатия шасси:
При снятии сигнала обжатия шасси:
Параграф добавлен после прочтения комментариев: Датчики обжатия стоек шасси как правило выполняются многоканальными и располагаются на каждой из стоек. Данные с многочисленных датчиков собираются специальными устройствами, концентраторами данных. На основании полученных данных формируются сигналы об обжатии каждой из стоек и сигнал обжатия всех стоек. В логике работы описанных выше функций используются разные сигналы: для начала автоторможения достаточно сигналов обжатия двух основных стоек, а для включения режима тех. обслуживания надо чтобы были обжаты все три стойки. Но это уже другая история.
Бонус
Пока я готовил этот текст, решил для себя разобраться, почему на некоторых самолётах, например Boeing 757 тележка основных стоек шасси в полете наклонена так, что передние колёса находятся выше задних:
А на Boeing 767 наоборот, передние колеса ниже задних:
Как выяснилось всё дело в том, как спроектирована ниша, куда убираются стойки шасси, спасибо видео:
И, что самое любопытное, в военно-транспортном C5 Galaxy основные стойки шасси выпускаются в положении поперёк движения самолёта и только потом разворачиваются на 90 градусов в нужное положение.
Что такое воздушные тормоза и для чего они нужны?
Самолёт летает потому, что на него одновременно действуют несколько разнонаправленных сил — подъёмная сила крыльев тянет вверх, сила тяжести — вниз, тяга двигателей толкает вперёд, а сопротивление воздуха — назад. Любой сдвиг приводит к изменению вертикальной или горизонтальной скорости. Представим себе, что нам нужно резко сбросить скорость. Какие есть варианты?
Самолёт летает потому, что на него одновременно действуют несколько разнонаправленных сил — подъёмная сила крыльев тянет вверх, сила тяжести — вниз, тяга двигателей толкает вперёд, а сопротивление воздуха — назад. Любой сдвиг приводит к изменению вертикальной или горизонтальной скорости. Представим себе, что нам нужно резко сбросить скорость. Какие есть варианты?
Можно попробовать убрать тягу двигателей. Тогда лобовое сопротивление возьмёт верх и самолёт начнёт замедляться. Проблема в том, что это будет происходить относительно медленно, а нам надо затормозить прямо сейчас — так что одного лишь уменьшения тяги двигателей будет недостаточно. Вот здесь и пригодятся воздушные тормоза.
Главное преимущество воздушного тормоза перед колёсным — ему не нужно сцепление с поверхностью. Собственно, его основная задача — увеличить лобовое сопротивление летательного аппарата и, как следствие, — быстро уменьшить его скорость. В абсолютном большинстве случаев это будет происходить при посадке, хотя есть множество примеров использования тормозов в бою. Также им часто находили достаточно оригинальное « альтернативное» применение — например, в своё время пилоты « скайхоков» регулярно возили там фольгу, используемую для постановки пассивных помех.
Наличие воздушных тормозов — это особенность в первую очередь военной и лёгкой авиации.
В гражданской ( хотя и на некоторых боевых самолётах тоже) чаще используются интерцепторы — это такие щитки на верхней поверхности крыла, которые в нужный момент поднимаются вверх. Их задача немного другая — не столько затормозить самолёт, сколько уменьшить подъёмную силу крыла. Во время торможения интерцепторы не дают самолёту « козлить», то есть попробовать снова оторваться от полосы.
Приблизительно для этой же цели на болидах « Формулы-1» появилось антикрыло — оно создавало отрицательную подъёмную силу и обеспечивало лучшее сцепление с трассой. В случае с реактивной авиацией быстрое уменьшение скорости особенно важно в экстренных ситуациях, когда счёт идёт буквально на секунды. Например, при возникновении на борту нештатной ситуации во время взлёта, когда принимается решение о его прекращении или есть риск выкатиться за пределы полосы.
А ещё в СССР для МиГ-21 придумали оригинальную замену больших и тяжёлых интерцепторов — в нужный момент специальный механизм начинал перекачивать воздух с нижней поверхности крыла на верхнюю. Происходило сдувание пограничного слоя воздуха, и самолёт буквально « проваливался» вниз.
Впрочем, от неё вскоре отказались: работала ненадёжно, да и в руках неопытного пилота легко становилась причиной аварии.
Что такое воздушные тормоза и для чего они нужны?
Самолёт летает потому, что на него одновременно действуют несколько разнонаправленных сил — подъёмная сила крыльев тянет вверх, сила тяжести — вниз, тяга двигателей толкает вперёд, а сопротивление воздуха — назад. Любой сдвиг приводит к изменению вертикальной или горизонтальной скорости. Представим себе, что нам нужно резко сбросить скорость. Какие есть варианты?
Можно попробовать убрать тягу двигателей. Тогда лобовое сопротивление возьмёт верх и самолёт начнёт замедляться. Проблема в том, что это будет происходить относительно медленно, а нам надо затормозить прямо сейчас — так что одного лишь уменьшения тяги двигателей будет недостаточно. Вот здесь и пригодятся воздушные тормоза.
Главное преимущество воздушного тормоза перед колёсным — ему не нужно сцепление с поверхностью. Собственно, его основная задача — увеличить лобовое сопротивление летательного аппарата и, как следствие, — быстро уменьшить его скорость. В абсолютном большинстве случаев это будет происходить при посадке, хотя есть множество примеров использования тормозов в бою.
Также им часто находили достаточно оригинальное «альтернативное» применение — например, в своё время пилоты «скайхоков» регулярно возили там фольгу, используемую для постановки пассивных помех.
В гражданской (хотя и на некоторых боевых самолётах тоже) чаще используются интерцепторы — это такие щитки на верхней поверхности крыла, которые в нужный момент поднимаются вверх. Их задача немного другая — не столько затормозить самолёт, сколько уменьшить подъёмную силу крыла. Во время торможения интерцепторы не дают самолёту «козлить», то есть попробовать снова оторваться от полосы.
Приблизительно для этой же цели на болидах «Формулы-1» появилось антикрыло — оно создавало отрицательную подъёмную силу и обеспечивало лучшее сцепление с трассой. В случае с реактивной авиацией быстрое уменьшение скорости особенно важно в экстренных ситуациях, когда счёт идёт буквально на секунды. Например, при возникновении на борту нештатной ситуации во время взлёта, когда принимается решение о его прекращении или есть риск выкатиться за пределы полосы.
А ещё в СССР для МиГ-21 придумали оригинальную замену больших и тяжёлых интерцепторов — в нужный момент специальный механизм начинал перекачивать воздух с нижней поверхности крыла на верхнюю. Происходило сдувание пограничного слоя воздуха, и самолёт буквально «проваливался» вниз.
Впрочем, от неё вскоре отказались: работала ненадёжно, да и в руках неопытного пилота легко становилась причиной аварии.
Воздушный тормоз
Воздушные тормоза на крыле изменяют воздушный поток вокруг него, влияя на распределение подъемной силы самолета:
Резюме
Существующие типы аэродинамических тормозов
Воздушные тормоза фюзеляжа
Eurofighter Typhoon приземлился, аэродинамический тормоз отпущен
F-15 STOL / MTD (экспериментальная версия, произведенная НАСА), вид сверху, аэродинамический тормоз выпущен
Хвостовой конус аэродинамических тормозов
На Buccaneer их расположение позволяло поддерживать высокие обороты двигателя, необходимые для питания системы выпуска закрылков, присутствующей в крыльях самолета, что увеличивало подъемную силу, создаваемую, в частности, при движении на низкой скорости. При еще высоких оборотах двигателя они создавали значительную тягу, которая не позволяла поддерживать низкую скорость. Это объясняет, почему воздушные тормоза были помещены в поток турбореактивных двигателей: чтобы отклонить его и уменьшить создаваемую тягу.
Пневматические тормоза крыльев
Воздушные тормоза на крыле изменяют воздушный поток вокруг него, влияя на распределение подъемной силы самолета:
Тормоза двухстороннего действия на Letov LF-107 Luák
Хвостовой парашют
Тормозной парашют истребителя Typhoon F2
Тормозной парашют Каравеллы
Посадка космического корабля «Атлантис»
Планер Schirm H301 с хвостовым парашютом для приземления
Выход из поезда
Шасси обеспечивает поверхность, создающую значительное сопротивление. Таким образом, его выход вызывает потерю скорости, которую пилот может использовать для регулировки своего угла приближения.
Физический принцип
Самолет летит благодаря углублению, которое образуется на верхней поверхности крыла (см. Аэродинамику ). Это углубление создает аэродинамическую силу, которую можно разделить на две составляющие:
Воздушные тормоза действуют в основном на лобовое сопротивление и оказывают слабое или даже нулевое действие на подъемную силу.
Действие над потоком
Воздушный тормоз представляет собой пластину, ориентированную наклонно или перпендикулярно потоку. Это приводит к увеличению давления на одной стороне пластины, но не к другой (на этой стороне давление будет даже уменьшаться, поток жидкости отсоединяется от стенки). Это давление преобразуется в аэродинамическую силу, действующую на самолет, главный компонент которой будет иметь то же значение, что и сопротивление.
Механика полета
Предположим, что самолет находится в состоянии равновесия, то есть без ускорения. Эта ситуация соответствует подъему или спуску с постоянной скоростью или горизонтальному полету. На самолет действуют две уравновешенные силы:
Случай изменения скорости спуска
Случай переключения передач
Влияние на Эйфелеву полярную
Полярная Eiffel показывает подшипник в соответствии с сопротивлением. Когда педаль тормоза отпускается, сопротивление резко увеличивается. Таким образом, кривая претерпевает однократный сдвиг вправо. На некоторых моделях это значительное увеличение сопротивления сопровождается небольшим уменьшением подъемной силы.
Гладкость является спуск наклон позволяет самолету проехать длинную дистанцию по отношению к земле от заданной высоты. На полюсе Эйфеля это касательная к кривой увеличивающегося наклона, проходящая через начало координат. Таким образом, тонкость уменьшается, когда воздушные тормоза выдвигаются, так как полярный смещается вправо.
Мы находим физическое явление, используемое пилотом: при выходе из аэродинамического тормоза сопротивление увеличивается, поэтому он преодолевает меньшее расстояние на той же высоте с выдвинутыми аэродинамическими тормозами. В случае планера этот принцип позволяет пилоту управлять своей высотой перед приземлением.
Конструкция скоростных тормозов
Используемые методы различаются в зависимости от устройства, при этом доминирующим критерием являются нагрузки, которые должна выдерживать конструкция.
Ограничения, которые необходимо собрать
Тормоза скорости значительно увеличивают сопротивление (умножение на 8 до 10 на планере). Это резкое увеличение силы отражается на конструкции:
Усилия, которым должна выдерживать конструкция, определяются стандартами. Для планеров в JAR 22 говорится, что:
Материал
Приводы
В основном это две исполнительные системы для аэродинамических тормозов: системы труб и рычагов для небольших самолетов и планеров или электрогидравлические системы для истребителей и коммерческих самолетов.
Системы связи
Тормоза скорости выдвигаются или убираются мышечной силой пилота. Джойстик в кабине часто представляет собой штангу, соединенную со штангой, которая передает движение по фюзеляжу по тросу или трубе. В зависимости от типа воздушного тормоза, установленного на самолете (одинарный, двойной и т. Д.), Движение затем трансформируется в крыле, чтобы обеспечить выход, напрямую связанный с рычагом кабины.