Устройства за излитане и кацане на летателни апарати

Устройствата за излитане и кацане на летателните апарати са системи, елемент от конструкцията им, които включват всички устройства, работещи съвместно с колесника, и които обезпечават необходимите условия за тяхното движение върху земната повърхност, рулиране, излитане и приземяване. Маджаров, проф. д.т.н. Борис, Аеродинамика на летателните апарати. Кратък курс, катедра „Възд. транспорт“, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“ АД, София, 2000, с. 7

Тази съвкупност от технически средства е популярна още с наименованието ходова част, шаси () или колесник, макар последното да се отнася само за един елемент от цялата система. Тези устройства са изпълнени с най-разнообразни конструктивни решения и технически се определят в зависимост от габаритите и предназначението на летателния апарат, както и от летателната площадка и нейното физическо състояние – мека почва, твърда земна повърхност, заснежена повърхност, асфалт или бетон и водна повърхност.

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.

Предназначение

Устройствата за излитане и кацане от земната повърхност включват сложен комплекс от механизми, хидравлични елементи и тяхното управление и силови елементи в конструкцията на центроплана или фюзелажа. Те обезпечават рулиране, излитане и кацане от летателни площадки върху грунд, специално покрити летателни полоси (писти) или заснежена повърхност и вода. С тях трябва да се удовлетворяват едни от основните летателни характеристики – неголеми скорости при излитане и кацане, малки дистанции за засилване и пробег и добра устойчивост и управляемост по време на рулирането. Маджаров, проф. Борис. Аеродинамика на летателните апарати, Катедра „Въздушен транспорт“ ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2000, с. 4

Ходовата част е сравнително тежка. Тя представлява обикновено от 4 – 5% от общото тегло на летателния апарат, но може да достигне и до 7%.

Конструктивно тези устройства са изградени така, че да не влошават, а да позволяват най-пълното използване на аеродинамичните характеристики на летателния апарат по време на полет. При рулиране, при излитане или кацане тези устройства трябва да съкращават дистанциите и скоростите, и в същото време със здравината си да обезпечават надеждността за експлоатация на летателния апарат при голямо натоварване в трите основни режими на ползване. Стойките на опорите на устройството, популярно наричани колесник, трябва чрез конструкцията си да разпределят нормалния натиск върху по-големи площи (например с широки гуми и колички с повече колела) и сложна система за акумулиране на енергията при кацането и нейното разпределение по цялата силова схема на летателния апарат. По време на полет колесниците в съвременните самолети са сгъваеми (във фюзелажа, мотогондолите или крилата), като с това значително се намалява челното съпротивление и се подобряват скоростните и експлоатационните характеристики на летателните апарати. На неприбираемите колесници в самолетите до 40-те години на ХХ век за тези цел са поставяни специални обтекатели.

Видно е, че устройствата за излитане и кацане трябва да удовлетворяват следните изисквания: Илиев, Валентин. Летателни апарати конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 197 – 198 ISBN 954-9518-17-5 Да осигурят придвижването на летателните апарати по повърхността на земята или водата и за поддържането им в състояние на покой. Да осигуряват устойчиво засилване при излитане с доста висока скорост и маса, особено необходимо за съвременните реактивни самолети. Да осигурят поглъщане и разсейване на кинетичната енергия при кацане без опасност за конструкцията на летателния апарат. Това изискване налага използването на пневматични колела със здрава конструкция, пружини и амортизатори позволяващи многократно претоварване и високоефективна спирачна система.

Видове 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.

Колесници 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.

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

Тяхната конструкция от свързани елементи трябва да работи изключително надеждно. По време на експлоатация те се натоварват от различни по големина и посока сили при придвижването по земята, засилването и кацането. Статичното натоварване е основното не само в покой, но и при движение на летателния апарат. При движение по повърхността на летателното поле от неравности могат да възникнат силни единични ударни натоварвания, които амортизационната стойка трябва да гаси, за да не се предават на конструкцията и да не се увеличава уморното натоварване на летателния апарат. Допълнително при развъртане на колелата при кацане, както и самия процес на кацане с използване на спирачки, е свързан с много големи действащи върху колесника сили и ускорения, които не трябва да доведат до трайни деформации или неговото разрушаване. Илиев, Валентин. Летателни апарати конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 204 – 210 ISBN 954-9518-17-5

Разпространени са две основни схеми на колесника – стойки като основни опори и допълнителна трета точка реализирана с носово колело или с опашно колело.

Триопорна схема със задна опора реализирана с колесник и опашно колело. Това е първата основна схема. Използва се до края на Втората световна война. Поради простотата си понастоящем се прилага в някои евтини леки модели самолети и в такива построени от конструктори любители. Двете основни стойки се намират пред центъра на масата или близо до него. В покой върху тях действат 90% от теглото на летателния апарат. Опашната опора е изнесена далеч назад и носи около 10% от теглото на апарата и затова е малка и компактна. Като пример за използване на такава схема са самолетите Лаз-7, DC-3, Junkers Ju 52/3m. Триопорна схема с колесник и носово колело е втората основна схема. Схемата е характерна за произвежданите самолети след Втората световна война и се използва масово в произвежданите понастоящем самолети от гражданската и военната авиация.

На базата на тези две основни класически схеми са разработени и се експлоатират летателни апарати използващи същите принципи, но с други експлоатационни качества и възможности. Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 200 ISBN 954-9518-17-5 Триопорна схема със ски. Такова устройство е предназначено основно за използване върху грунд със снежна покривка. Някои конструкции на колесници позволяват допълнително да се монтират ски към колелата на колесника. Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 197 ISBN 954-9518-17-5 Триопорна схема с верижен движител. Използва се верижна система монтирана към опорите. С веригите значително се намалява специфичното налягане върху земната повърхност, но верижният движител не позволява развиването на високи скорости при излитане и кацане. Освен това големите габарити на устройство от този тип влошават аеродинамичните характеристики на самолета, поради което се прилага при нискоскоростни самолети. Този вид устройство намира приложение основно при разработката на експериментални модели или за специални летателни апарати, използвани за полети при тежки климатични условия и неподготвени летателни полоси. Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 197 ISBN 954-9518-17-5 Многоопорна схема. Тя е 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. Илиев, Валентин. Летателни апарати конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 203 ISBN 954-9518-17-5 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.

Двуопорна схема 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 фюзелажа 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 самолети 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. Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 201 ISBN 954-9518-17-5

Други устройства за излитане и кацане Поплавъци – поставят се на хидроплани, 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. Самолет амфибия. Амфибията е летяща лодка с допълнително поставени сгъваеми колесници. Такова конструктивно решение позволява самолета да излита и каца от летателни площадки разположени върху грунд или водна повърхност. Прибираемият колесник не променя формата на профила на фюзелажа, като с това не се влошават плавателните и аеродинамични качества на амфибията. Илиев, Валентин. Летателни апарати. Конструкция и якост, Катедра Въздушен транспорт, ТУ-София, Издателство „Мадара-Принт“, София, 2002, с. 197 – 198 ISBN 954-9518-17-5