Результат интеллектуальной деятельности: ВЕЛОСИПЕДНОЕ ШАССИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Изобретение относится к области авиации, в частности к шасси летательного аппарата (ЛА).

Известны различные устройства. Например, велосипедное шасси самолета 3М (http://www.emz-m.ru/?id=8). Здесь используются одностоечные передняя и задняя опоры тележечного типа с подкрыльными вспомогательными опорами, которые обеспечивают боковую устойчивость и предотвращают касание крылом земли при посадке или движении по земле с креном. Аналогичная схема шасси самолета предложена в патенте US 2483027, 1949 г., МПК В64С 25/04, в котором описывается стандартная схема велосипедного шасси со вспомогательными опорами.

К самолетам с велосипедной схемой шасси так же можно отнести такие ЛА как:

Boeing B-47 Stratojet (http://www.boeing.com/boeing/history/boeing/b47.page),

Baade 152 (http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1959/1959%20-%200863.html),

Lockheed U-2 (http://www.lockheedmartin.com/us/100years/stories/u2.html),

VFW VAK 191B (Jackson, Paul A. German Military Aviation 1956-1976.

Hinckley, Leicestershire, UK: Midland Counties Publications, 1976. ISBN 0-904597-03-2),

"German Jet VTOL" by Bill Gunston, WINGS OF FAME, Volume 5 /1996, 114: 127,

Ил-54 (http://www.ilyushin.org/about/history/aircraft-il/),

Ла-190 (http://www.laspace.ru/rus/jetiist.php),

M-4 (http://www.emz-m.ru/?id=8),

M-50 (http://www.emz-m.ru/?id=8),

Як-36 (http://www.yak.rn/FIRM/HISTMOD/yak-36.php),

Як-28ПМ (http://www.yak.ru/FIRM/HISTMOD/yak-28pm.php),

Як-25 (http://www.yak.ru/FIRM/HISTMOD/yak-25.php);

Як-27 (http://www.yak.ru/FIRM/HISTMOD/yak-27.php);

Як-50 (авиация: Энциклопедия М. 1994, ISBN 5-85270-086-Х, стр. 682) Hawker Siddeley Harrier (И. Алексеев. Истребители "Харриер". // "Зарубежное военное обозрение", №1, 1980. стр. 63-66.).

Схема велосипедного шасси использована в самолете Boeing В-52 Stratofortress (http://www.boeing.com/boeing/defense-space/military/b52-strat/index.page). Здесь использовано по две стойки шасси передней и задней основных опор на ширине фюзеляжа, чтобы обеспечить потребную боковую устойчивость, используются боковые вспомогательные опоры.

Все приведенные выше схемы велосипедного шасси включают вспомогательные опоры, что приводит к увеличению массы ЛА. В убранном положении подкрыльные вспомогательные опоры не вписываются в обводы крыла или мотогондол и для них устанавливают обтекатели, которые увеличивают лобовое сопротивление самолета. У самолетов с данной схемой велосипедного шасси увеличена нагрузка на плиты в основании взлетно-посадочной полосы, по сравнению с остальными схемами шасси.

Подобная схема велосипедного шасси использована и в наиболее близком к предлагаемому изобретению техническом решении (патенте US 2659555, 1953 г., МПК В64С 25/34), где так же, как в предыдущем случае, предложена схема велосипедного шасси, установленная на конструкции фюзеляжа и образованная четырьмя однотипными стойками: двумя стойками передней и двумя стойками задней основных опор, включающими, пневматики, узлы крепления стоек шасси и другие составные части опор. Обе пары стоек разнесены на ширину фюзеляжа и создают одинаковую колею. Такое расположение стоек опор способствует увеличению боковой устойчивости самолета и, как утверждалось, предотвращает касание крылом земли при посадке или движении по земле с креном. Однако в реальной схеме велосипедного шасси, чтобы обеспечить потребную боковую устойчивость, используют боковые вспомогательные опоры.

Недостаток предложенной схемы состоит в том, что передняя и задняя опоры создают одинаковую колею, ограниченную шириной фюзеляжа, которая при проектировании определяется далеко не в первую очередь параметрами шасси и может оказаться недостаточной для отказа от боковых вспомогательных опор.

Таким образом, техническое решение, описанное в патенте US2659555, не может обеспечить боковую устойчивость самолета и предотвратить касание крылом земли при посадке или движении по земле с креном.

Технический результат заключается в обеспечении боковой устойчивости для предотвращения касания крылом земли при посадке или движении по земле с креном без подкрыльных вспомогательных опор.

Технический результат достигается тем, что в велосипедном шасси ЛА, содержащем переднюю и заднюю опоры, включающие стойки, пневматики, узлы крепления стоек шасси и другие составные части опор, стойки хотя бы одной из опор удалены в стороны от плоскости симметрии ЛА на расстояние, не ограниченное шириной фюзеляжа и достаточное для обеспечения устойчивости к опрокидыванию.

Технический результат достигается также тем, что в велосипедном шасси ЛА стойки задней опоры удалены в стороны от плоскости симметрии ЛА и создают колею , где Н - высота центра тяжести, b - продольная база, шасси, f_тр - коэффициент бокового трения, а - вынос передней опоры, а колея передней опоры может быть любой ширины.

Технический результат достигается также тем, что в велосипедном шасси ЛА стойки передней опоры удалены в стороны от плоскости симметрии ЛА и создают колею , где Н - высота центра тяжести, b - продольная база шасси, f_тр - коэффициент бокового трения, с - вынос задней опоры, а колеи задней опоры может иметь любую ширину.

Технический результат достигается также тем, что в велосипедном шасси ЛА стойки передней и задней опор удалены в стороны от плоскости симметрии ЛА.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в велосипедном шасси ЛА ширина колеи передней опоры B₁ больше ширины колеи задней опоры В₂, причем

где Н - высота центра тяжести, α - угол между плоскостью симметрии ЛА и вертикальной плоскостью, включающей в себя одностороннюю переднюю и заднюю стойки в стояночном положении, f_тр - коэффициент бокового трения, с - вынос задней опоры, а - вынос передней опоры.

Технический результат достигается также тем, что в велосипедном шасси ЛА ширина колеи задней опоры В₂ больше ширины колеи передней опоры В₁, причем

где Н - высота центра тяжести, α - угол между плоскостью симметрии ЛА и вертикальной плоскостью, включающей в себя одностороннюю переднюю и заднюю стойки в стояночном положении, f_тр - коэффициент бокового трения, с - вынос задней опоры, а - вынос передней опоры.

Технический результат достигается также тем, что в велосипедном шасси ЛА ширина колеи передней опоры B₁ равна ширине колеи задней опоры В₂ и опоры расположены за пределами фюзеляжа, причем B₁=В₂≥2f_трН, где Н - высота центра тяжести, f_тр - коэффициент бокового трения.

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показана схема велосипедного шасси в стояночном положении, крыло не показано, вид сбоку,

На фиг. 2 показана схема велосипедного шасси в стояночном положении, вид спереди,

На фиг. 3 показан ЛА при посадке с креном, вид спереди,

На фиг. 4 показана схема разнесения опор велосипедного шасси (вариант 1), вид сверху,

На фиг. 5 показан вид А фигуры 4,

На фиг. 6 показана схема разнесения опор велосипедного шасси (вариант 2), вид сверху,

На фиг. 7 показана схема разнесения опор велосипедного шасси (вариант 3), вид сверху,

На фиг. 8 показана схема разнесения опор велосипедного шасси (вариант 4), вид сверху.

Велосипедное шасси данного типа включает в себя опоры: переднюю 1 и заднюю 2, содержащие стойки, пневматики и узлы крепления стоек шасси и другие составные части опор, расположенные вдоль самолета. Передняя опора расположена впереди центра тяжести, задняя опора - сзади от центра тяжести. При этом нагрузка от веса самолета на заднюю опору составляет не менее 55% и не более 85% (фиг. 1, где b - продольная база шасси, ц.т.- центр тяжести).

Хотя бы одна из опор включает стойки, удаленные в стороны от плоскости симметрии ЛА на расстояние, зависящее от угла бокового капотирования ε. Этот параметр определяет минимальную ширину колеи шасси В (фиг. 2, фиг. 5), где Н - высота центра тяжести. За счет этого обеспечивается потребная устойчивость ЛА при движении с креном и исключается касание крылом земли при посадке без подкрыльных вспомогательных опор (фиг. 3, где γ - угол крена, h - значение смещения законцовки крыла, R - реакция опоры, G - сила тяжести ЛА).

Настоящее изобретение относится ко всем конструктивным исполнениям стоек шасси ЛА велосипедного типа, ко всем видам их крепления (на крыле, на фюзеляже) и убирания (в крыло, гондолы двигателей, обтекатели, фюзеляж).

Опрокидывание ЛА будет невозможно, если:

Gtgε≥F_тр, или tgε≥f_тр, где F_тр - сила трения при боковом скольжении ЛА, 8 -угол бокового капотирования (фиг. 4, фиг. 5), f_тр - коэффициент бокового трения, принимающий максимальное значение при сухой ВПП: f_трmах=0.85. Таким образом, из неравенства tgε≥f_тр следует, что ε≥40.4°.

Рассмотрим вариант 1, когда разнесена задняя опора (фиг. 4, фиг. 5):

где L_7-8 - длина отрезка между точками 7 и 8, 7 и 7′ - точки соприкосновения передней опоры с опорной поверхностью, 8 и 8′ - точки соприкосновения задней опоры с опорной поверхностью.

Из подобия треугольников, образованных точками 7, 4, 5 и 7, 3, 8:

где а - вынос передней опоры, m - длина отрезка между точками 4 и 5, 4 - точка проекции центра тяжести на опорную поверхность. Условие не опрокидывания:

следовательно:

Задняя опора воспринимает нагрузку от 55% до 85% взлетной массы. Рассмотрим два крайних случая, когда задняя опора воспринимает 55% и 85% взлетной массы.

1) а=0.55b

Величиной H²f_тр ² по сравнению с а² можно пренебречь, тогда в первом приближении В≥3,1Н.

2) а=0.85b

Величиной H²f_тр ² по сравнению с а² можно пренебречь, тогда в первом приближении В≥2Н.

Такими образом, в зависимости от воспринимаемой нагрузки на заднюю опору (55…85%) ширина колеи принимает значения:

Расчет производится аналогичным способом и для варианта 2 разнесения передней опоры (фиг. 5, фиг. 6):

Из подобия треугольников, образованных точками 8, 4, 5 и 8, 3, 7:

где с - вынос задней опоры.

Условие не опрокидывания:

следовательно:

Передняя опора воспринимает от 15% до 45% взлетной массы. Рассмотрим два крайних случая, когда передняя опора воспринимает 15% и 45% взлетной массы.

1) с=0.15b

Величиной H²f_тр ² по сравнению с c² можно пренебречь, тогда в первом приближении В≥11.33Н.

2) с=0.45b

Величиной H²f_тр ² по сравнению с c² можно пренебречь, тогда в первом приближении В≥3.8Н.

В зависимости от воспринимаемой нагрузки на переднюю опору (15…45%) ширина колеи может принимать значения:

Рассмотрим вариант 3, когда разнесены стойки передней и задней опор (фиг. 7), при этом колея задней опоры больше колеи передней опоры.

Тогда:

Площадь S трапеции, образованной точками 7, 9, 3, 8; где 9 - проекция точки 7 на плоскость симметрии ЛА, 3 - проекция точки 8 на плоскость симметрии летательного аппарата:

где L₁ - расстояние от передней стойки шасси до плоскости симметрии ЛА, L₂ - расстояние от задней стойки шасси до плоскости симметрии ЛА.

Площадь S трапеции, образованной точками 7, 9, 4, 6:

где L₃ - отрезок, построенный параллельно основаниям трапеции, образованной точками 7, 9, 3, 8 и проходящий через точку 4.

Площадь S трапеции, образованной точками 6, 4, 3, 8:

Площадь S трапеции, образованной точками 7, 9, 3, 8, равна сумме площадей трапеций, образованных точками 7, 9, 4, 6 и 6, 4, 3, 8:

S₇₉₃₈=S₇₉₄₆+S₆₄₃₈

или

тогда:

Трапеция, образованная точками 7, 9, 4, 6:

где α - угол между отрезками L_9-3 и L_7-8.

Трапеция, образованная точками 6, 4, 3, 8:

Треугольник, образованный точками 5, 4, 6:

Рассмотрим треугольник (фиг. 5):

tgε≥f_тр, a f_трmax=0.85, тогда:

m≥0.85H,

тогда:

тогда:

тогда:

где B₁ - колея передней опоры.

тогда:

где В₂ - колея задней опоры.

Рассмотрим вариант 4, когда разнесены стойки передней и задней опор (фиг. 8), при этом колея передней опоры больше колеи задней опоры. Расчет производится аналогичным способом, как и для общего случая, когда колея задней опоры больше колеи передней опоры. Тогда:

тогда:

где B₁ - колея передней опоры

тогда:

где В₂ - колея задней опоры.

Рассмотрим случай, когда опоры разнесены на одинаковое расстояние от плоскости симметрии ЛА:

Воспользуемся уже выведенными формулами значений передней и задней колеи. В данном случае α=0°, тогда:

Итак, в случае разнесения одной из опор ЛА, достаточными для обеспечения боковой устойчивости и предотвращения касания крылом земли при посадке или движении по земле с креном без подкрыльных вспомогательных опор являются значения ширины колеи задней опоры В_55…85≥3Н…2Н, а значения ширины колеи передней опоры В_15…45≥11.3Н…3.8Н.

В том случае, когда разнесены обе опоры велосипедного шасси летательного аппарата:

1. Ширина колеи передней опоры может принимать любые значения, если ширина колеи задней опоры обеспечивает достаточную устойчивость, и наоборот, ширина колеи задней опоры может принимать любые значения, если ширина колеи передней опоры обеспечивает достаточную устойчивость.

2. Случай, когда колея задней опоры больше колеи передней опоры:

3. Случай, когда колея передней опоры больше колеи задней опоры:

4. Опоры разнесены на одинаковое расстояние от плоскости симметрии ЛА:

Такие значения ширины колеи являются достаточными для обеспечения устойчивости и позволяют отказаться от боковых вспомогательных опор, что приводит к уменьшению массы ЛА, уменьшению аэродинамического сопротивления, уменьшению нагрузки на плиты взлетно-посадочной полосы в отличие от стандартной схемы велосипедного шасси. Такая схема расположения опор может быть применена, например, на самолетах типа «летающее крыло».