Ускорители и тормозные устройства

Главное средство быстрее достичь скорости, при которой самолет отрывается от земли, и тем самым сократить разбег — увеличение тяги двигателей. При взлете самолета двигатель работает на так называемом взлетном режиме, тяга его в этот момент на короткий срок увеличивается на 20% по сравнению с работой на номинальном режиме при крейсерской скорости. Многие реактивные двигатели снабжены форсажными камерами, дополнительное сжигание топлива в которых позволяет на короткое время еще более значительно (порой до 40%) увеличивать тягу двигателей. Резкому сокращению разбега способствуют стартовые ускорители. Еще в 30-е годы в СССР были созданы первые пороховые и жидкостные ракетные двигатели для облегчения взлета самолетов. В те годы пороховые ускорители успешно испытывались у нас на самолетах различных классов — от легких учебных самолетов У-1 до тяжелых бомбардировщиков ТБ-1. Полный цикл испытаний самолетов с ракетными ускорителями на Комендантском аэродроме под Ленинградом дал хорошие по тем временам результаты. Применение стартовых ракет сократило разбег при взлете самолета ТБ-1 на 77%. Сейчас ракетные ускорители — очень простые по устройству твердотопливные (чаще всего пороховые) ракетные двигатели разового применения. Их подвешивают под фюзеляжем самолета. Длительность работы таких двигателей кратковременная, она измеряется секундами. Подвеска ускорителей под определенным углом позволяет не только ускорить разгон самолета, но и получить составляющую тяги, которая, действуя вверх, увеличивает подъемную силу. Такие эксперименты проводились как за рубежом, так и в СССР. Иногда самолеты с ускорителями взлетают со специальной рампы. При взлете с рампы благодаря расположению всего самолета под углом вверх его поднимает уже не только подъемная сила крыла и частично ускорителей, но и непосредственно часть тяги основных двигателей. В 1955 г. с опытной установки-рампы взлетал истребитель МиГ-19. После взлета ускорители обычно сбрасываются. Это уже практически вертикальный взлет. Другой способ ускорения взлета — специальные катапульты. С их помощью уже давно взлетали самолеты на авианосцах. При катапультном взлете самолет устанавливается на тележку или буксирное устройство, которые с большой скоростью перемещаются по направляющим, сообщая дополнительное ускорение самолету. Тележка приводится в движение сжатым паром, электрическим или специальным реактивным двигателем. Впоследствии на авианосцах начали применять щелевые паровые катапульты. Самолет для взлета устанавливается на собственном шасси над длинной щелью в палубе, по которой скользит буксирный крюк. Крюк соединен непосредственно с поршнем, который перемещается в расположенном под палубой длинном силовом цилиндре. Пар под высоким давлением поступает в цилиндр из машин корабля. Появлялись и наземные стартовые катапульты. Обычно они работали на сжатом воздухе и представляли собой довольно громоздкое устройство. Наземные катапульты не получили широкого распространения. Взлет с помощью ускорителей, катапульт, взлет с рампы — специфические способы, применяемые лишь в военной авиации. Летчик при взлете с большим ускорением, придаваемым самолету этими способами, испытывает значительные перегрузки. Но помочь самолету взлететь с небольшим разбегом — это только полдела. Не менее, а, пожалуй, более сложно затормозить самолет при посадке, чтобы значительно сократить пробег по аэродрому. Для уменьшения посадочной дистанции используют много разно- образных приспособлений, начиная от обычных тормозов на колесах шасси и кончая сложными аэродромными устройствами. Один из распространенных методов торможения самолета — аэродинамический. Здесь используется резкое увеличение лобового сопротивления самолета. Для аэродинамического торможения у многих самолетов при посадке выдвигаются специальные тормозные щитки. У разных типов самолетов они установлены по-разному: по бокам фюзеляжа, на верхней или нижней поверхности крыла, в нижней части фюзеляжа. Аналогично, только гораздо более сильно выражено действие тормозного парашюта. Такой парашют выбрасывается на прочных стропах из контейнера, находящегося в хвосте самолета, быстро наполняется набегающим воздухом и довольно резко тормозит самолет, что позволяетсущественно сократить длину пробега при посадке, иногда почти на 60%. Тормозящая сила, создаваемая парашютом, пропорциональна квадрату скорости самолета. Поэтому выпускать парашют надо сразу же после приземления, тогда эффективность его будет наиболее значительна. Для выпускания парашюта летчик с помощью электрического или гидравлического привода открывает отсек, где находится ранец с уложенным парашютом. После этого выталкивается вытяжной парашют, а последний вытягивает стропы и купол основного парашюта. Тормозные парашюты бывают различных систем — ленточные, с круговыми щелями, крестообразные. Важно, чтобы купол был в достаточной степени воздухопроницаемым, что обеспечивает необходимую его устойчивость, исключает раскачивание самолета. Но в то же время воздухопроницаемость парашюта не должна быть слишком большой. Это снижает его тормозную силу. Обычно парашют крепится к самолету с помощью механизма отделения — через срезную шпильку. В случае возникновения больших перегрузок она срезается, предотвращая передачу слишком больших напряжений на конструкцию самолета. Тормозные парашюты испытывают большую нагрузку и потому быстро изнашиваются. При боковом ветре их применение затруднено. Использование тормозных парашютов в нашей авиации началось более 50 лет назад. Еще в 1937 г. при доставке в высокие широты по воздуху советской арктической экспедиции благодаря тормозным парашютам удалось осуществить посадку на льдину тяжелого самолета. В настоящее время парашютную тормозную систему применяют, как правило, только на военных самолетах. Почти все военные и пассажирские самолеты имеют колесные тормоза. Принцип действия их такой же, как и в любом автомобиле. Сложность проблемы состоит в том, что тормоза авиационных колес должны поглотить при торможении очень большое количество энергии — особенно при торможении тяжелых самолетов, имеющих большие посадочные скорости. Быстрота торможения с помощью колесных тормозов зависит от мощности тормозов, коэффициента трения пневматикой, искусства летчика и других факторов, а эффективность — от способности тормозов поглощать и рассеивать выделяющуюся при торможении теплоту. В конце 20-х годов в авиации получили распространение колодочные распорные тормоза. Для торможения облицованные мягким органическим материалом колодки прижимались к внутренней поверхности цилиндрического барабана из малоуглеродистой стали. Однако энергоемкость таких тормозов недостаточна даже для относительно легких самолетов, да и тормозной момент У них невелик. На смену им пришли камерные тормоза. Эти тормоза имеют цилиндрический барабан, колодки заменены пластинами из фрикционного материала, расположенными по окружности на поверхности резиновой кольцевой камеры. При торможении в камеру подается под давлением жидкость или воздух и пластинки прижимаются к внутренней поверхности барабана. Это позволяет использовать всю окружность тормозного барабана и обеспечивает равномерный контакт трущихся поверхностей. Однако камерные тормоза хороши при больших колесах. А применение шасси с многоколесными тележками и колесами небольшого диаметра привело к появлению дисковых тормозов. Такие тормоза при малых размерах отличаются высокой энергоемкостью и развивают большие тормозные усилия, они лучше приспособлены для принудительного охлаждения. Существует много конструкций дисковых тормозов, которые сейчас широко применяются на самолетах. Многодисковый тормоз состоит из нескольких тонких неподвижных дисков, чередующихся с вращающимися дисками. В расторможенном состоянии между дисками есть зазор, и колесо свободно вращается. При торможении диски сжимаются, трутся один о другой и развивают тормозное усилие. Многодисковый тормоз даже малого объема способен поглотить большую кинетическую энергию. Есть и однодисковые тормоза. Такие тормоза имеют обычно несколько неподвижных фрикционных накладок, расположенных попарно с обеих сторон массивного вращающегося диска. При торможении каждая пара накладок прижимается к диску поршнем отдельного гидравлического цилиндра. В первых конструкциях дисковых тормозов применялись диски из малоуглеродистой стали, а затем их заменили дисками из сплавов, сохраняющих твердость и износоустойчивость в широком диапазоне температур. Хорошими фрикционными парами к стальным сплавам являются спеченные по методу порошковой металлургии бронза или чугун. Добавление различных присадок — графита, керамики, оксида алюминия и других — позволяет изменять физико-механкческне свойства материала в соответствии с конкретными требованиями той или иной конструкции тормоза. Для уменьшения массы тормозов ученые и инженеры изыскивают все новые материалы для тормозных дисков, улучшают конструкцию. Созданы колесные тормоза с дисками, изготовленными путем термической обработки слоев ткани, армированных волокнами углерода и покрытых смолой. Каждый такой тормоз значительно легче обычного, он сохраняет прочность при высоких температурах. В новых тормозах устраняются равномерность торможения, вибрации, скрип. Эти тормоза имеют очень высокую износостойкость. Современные колесные тормоза самолетов поглощают огромное количество энергии. Например, многодисковый тормоз колеса самолета «Боинг-707» поглощает кинетическую энергию 6,15-106 кгс*м. В связи выделением большого количества теплоты часто приходится защищать хорпус колеса и шину специальным тепловым экраном и применять искусственное охлаждение тормозных дисков. В одних конструкциях тормоза обдуваются большим количеством воздуха, подаваемого от компрессора реактивного двигателя, в других распыленная вода подается непосредственно на диски. Существуют и специальные циркуляционные системы с теплообменниками. Колесные тормоза малоэффективны в начальной стадии пробега, когда скорость самолета еще велика. На этой скорости наиболее эффективны аэродинамические тормоза (чем больше скорость, тем больше лобовое сопротивление любой выступающей части самолета). Таким образом, аэродинамические и колесные тормоза дополняют друг друга. .Поскольку условия посадки различны в зависимости от состояния покрытия аэродромов, погоды и т. п., умело владеть тормозом — большое искусство. В последние десятилетия начали применяться автоматы торможения. Они позволяют достигнуть значения коэффициента трения пневматиков, близкого к максимальному (т. е. близкого к такой грани, когда начинается скольжение колеса по посадочной полосе). Коэффициент трения, получаемый при использовании автомата торможения, бывает вдвое больше по сравнению с его значением, достигаемым при торможении опытным летчиком. Эффективность торможения увеличивается с ростом нагрузки на колеса, поэтому важно быстрее уменьшить подъемную силу крыла после приземления. Для этого сразу же убирают закрылки. На поршневых и турбовинтовых самолетах давно использовалось торможение реверсированием тяги винта. Для этого меняется перед посадкой угол установки лопастей винта. Ему придается отрицательное значение, и вследствие этого возникает направленная назад тяга. Еще более эффективно реверсирование тяги на самолетах с турбореактивными двигателями. Поток газов после турбины двигателя направляют противоположно его первоначальному движению. Получается отрицательная тяга, которая тормозит самолет. Очень важно, что реверсирование тяги позволяет тормозить самолет не только во время пробега, но и в воздухе, до момента приземления. Это приводит к еще большему сокращению посадочной дистанции. Существуют механические и газодинамические методы отклонения газового потока для реверсирования тяги. В первом случае часть потока газов отклоняется дефлекторами, во втором — поток отклоняется с помощью струи сжатого воздуха. При создании реверсивных устройств конструкторы должны заботиться о том, чтобы струи раскаленного газа не попадали на обшивку самолета. Перечисленные бортовые средства торможения самолетов позволяют значительно сократить длину пробега при посадке, однако она остается еще достаточно большой. Резкому уменьшению длины пробега способствуют специальные стационарные устройства, имеющиеся на некоторых аэродромах, главных образом на авианосцах. Обычно задерживающее устройство представляет собой несколько прочных тросов (аэрофинишеров), натянутых поперек посадочной полосы. Их натягивают на высоте 10— 15 см над верхней палубой авианосца или посадочной полосой аэродрома. Концы тросов через систему блоков соединены с поршнями силовых гидравлических цилиндров. При посадке самолет специальным крюком цепляется за трос. Большая часть кинетической энергии самолета при этом расходуется на продвижение поршня в силовом цилиндре. Через несколько десятков метров машина останавливается. Четыре стальных троса-аэрофинишера установлены на палубе тяжелого авианесущего крейсера «Адмирал флота Кузнецов». Су-27 и МиГ-29 авианосного базирования оборудованы прочными гаками — этот крюк и цепляется за один из тросов. Принципиально не отличаются от тормоэных устройств с тросами тормозные сетки для самолетов. Только прочная нейлоновая сетка натягивается поперек посадочной полосы довольно высоко и «ловит» самолет не за специальный крюк, а за переднюю ногу шасси, а иногда и за фюзеляж. Кинетическая энергия самолета гасится при этом в различных устройствах, соединенных с-сеткой по-разному. Иногда это гидравлические силовые цилиндры, установленные на металлических стойках, иногда просто тяжелые металлические цепи, которые самолет тащит за собой по, краям посадочной полосы. Устройства, о которых мы рассказывали, дают возможность уменьшить, иногда весьма значительно, длину разбега самолета при взлете и его пробега при посадке. Однако все они имеют существенные недостатки: одни применимы только для взлета, другие — только для посадки, многие непригодны для пассажирских самолетов, да и проблема решается с их помощью только частично.

------------------------------------------------------------

Литература:
Андреев И., Захаров А. "Боевые самолеты" 1992г.
Попова С. "Аэрофлот от А до Я" 1986г.