Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием

Устройство содержит измерительную тележку и блок регистрации. Измерительная тележка содержит измерительное колесо, блокировочную муфту, редуктор, измерительный элемент и раму измерительной тележки. При этом измерительное колесо блокировочной муфтой механически соединяется с редуктором, блок регистрации содержит вычислитель и пульт управления, который подключается к первому входу вычислителя, а выход измерительного элемента по гибкому кабелю подключен ко второму входу вычислителя. Измерительная тележка дополнительно содержит независимый груз, муфту свободного хода, генератор постоянного тока, блок силовых ключей, блок активной нагрузки, первый и второй датчики угловых скоростей, пусковое сопротивление, аккумуляторную батарею, регулятор напряжения, контактор, ведомые колеса. В результате повышается точность измерений коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием. 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам и системам для оценки состояния поверхности взлетно-посадочных полос (ВПП) аэродромов, но может также использоваться для определения коэффициента сцепления дорожных покрытий.

Известен деселерометр маятникового типа, используемый для определения коэффициента сцепления ВПП. Он состоит из амортизируемого воздухом маятника, соединенного со стрелкой, показывающей отрицательное ускорение.

Для измерения коэффициента сцепления автомобиль разгоняется до установленной скорости, затем водитель нажимает на педаль ножного тормоза. Маятник деселерометра вместе с фиксирующей стрелкой отклоняется в направлении движения. Считывается величина отрицательного ускорения. Путем несложных вычислений определяется коэффициент сцепления. Данное устройство имеет значительные погрешности в определении коэффициента сцепления (устройство и работа деселерометра приведены в «Руководстве по эксплуатации гражданских аэродромов в Российской Федерации» Изд. М. «Воздушный транспорт», 1955 г., стр. 152).

Другим известным устройством является серийно выпускаемая шведской фирмой Saab-Scania система измерения коэффициента сцепления Saab 900/9000 (Описание работы системы приведено в журнале Hoverfoil News, 1977 г., 8 №9-10.1 - определение коэффициента сцепления ВПП.

Известное устройство размещается на автомобиле и имеет в своем составе измерительное колесо, связанное через редуктор с ведущими колесами автомобиля, датчик продольной силы, вертикальный груз, датчик вертикальной нагрузки, пульт управления, дисплей, датчик скорости, компьютер измерений и вычислений, бак с водой для смачивания поверхности ВПП во время проведения измерений.

Однако данное устройство имеет ряд существенных недостатков:

- в известном устройстве проскальзывание измерительного колеса постоянное - без учета состояния ВПП, что вносит ошибку в измерение коэффициента;

- не учитывается пробуксовка ведущих колес, что также увеличивает ошибки в измерениях;

- дороговизна эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является серийно выпускаемая «Аэродромная тормозная тележка» АТТ-2.

(Устройство и работа «Аэродромной тормозной тележки» приведено в «Руководстве по эксплуатации гражданских аэродромов «Российской Федерации», изд. М «Воздушный транспорт», 1955 г., стр. 154-157).

Известное устройство-прототип (Фиг.1) содержит измерительную тележку 1 и блок регистрации 2, которые содержат измерительное колесо 3, блокировочную муфту 4, редуктор 5, измерительный элемент 6, вычислитель 7, пульт управления 8, измерительный прибор 9, раму измерительной тележки 10, центральную тягу дышла 11, боковую тягу 12, направляющую тягу 13 и ведущее колесо 14.

Работа известного устройства.

Принцип известного устройства заключается в том, что при движении измерительной тележки 1 из-за разницы в диаметрах ведущего 4 и измерительного 3 колес, соединенных редуктором 5 через блокировочную муфту 4, происходит движение измерительного колеса 3 с проскальзыванием относительно поверхности взлетно-посадочной полосы аэродрома.

Соотношение диаметров ведущего 4 и измерительного 3 колес обеспечивает движение измерительного колеса 3 с проскальзыванием в пределах 11-17%.

Вследствие проскальзывания измерительного колеса 3 возникает продольная сила сцепления. Величина силы сцепления зависит от состояния покрытия.

Указанная продольная сила сцепления, приложенная к раме 10 измерительной тележки 1 в плоскости вращения измерительного колеса 3, вызывает поворот рамы 10 измерительной тележки 1 относительно ее центра тяжести на определенный угол, зависящий от продольной силы сцепления.

Повороту рамы 10 измерительной тележки 1 препятствует направляющая тяга 13 измерительного прибора 6, шарнирно соединенная с боковой тягой дышла 12.

Усилием передаваемой боковой тягой дышла 12 от рамы 10 направляющая тяга 13 вызывает деформацию измерительного элемента 6.

Сигнал датчика измерительного элемента 6 поступает в вычислитель 7 блока регистрации 2.

Вычисленное значение коэффициента сцепления (ϕ) фиксируется прибором 9.

Пульт управления 8 определяет режим работы вычислителя 7.

Недостатком известного устройства является наличие значительной ошибки при определении коэффициента сцепления ϕ.

Коэффициент сцепления ϕ определяется во время движения измерительной тележки 1.

Оператор следит за показаниями стрелки индикатора 9 и числовое значение коэффициента сцепления ϕ записывает в журнал, что не исключает субъективной ошибки.

Измерительное 3 и ведущее 14 колеса имеют как продольное, так и боковое скольжение, что также увеличивает погрешность измерений.

Целью предлагаемого устройства является повышение точности измерений коэффициента сцепления ϕ колеса с аэродромным покрытием и введение автоматизации измерений.

Поставленная цель в «Устройстве для определения коэффициента сцепления с аэродромным покрытием» достигается тем, что в нем, как и в прототипе, содержится измерительная тележка и блок регистрации.

Измерительная тележка содержит измерительное колесо, блокировочную муфту, редуктор, измерительный элемент и раму измерительной тележки.

При этом измерительное колесо блокировочной муфтой механически соединяется с редуктором.

Блок регистрации содержит вычислитель и пульт управления, который подключается к первому входу вычислителя.

Выход измерительного элемента по гибкому кабелю подключен ко второму входу вычислителя.

Дополнительно в состав измерительной тележки включены независимый груз, муфта свободного хода, генератор постоянного тока, блок силовых ключей, блок активной нагрузки, первый и второй датчики угловых скоростей, пусковое сопротивление, аккумуляторная батарея, регулятор напряжения, контактор, ведомые колеса.

При этом независимый груз нормально соединен с измерительным колесом. Муфта свободного хода соединяет редуктор с ротором генератора постоянного тока. Силовая шина аккумуляторной батареи через контактор и пусковое сопротивление подключена к силовому входу/выходу генератора постоянного тока, силовой вход/выход которого через блок силовых ключей соединен с блоком активной нагрузки, а также через регулятор напряжения подключен ко входу генератора постоянного тока, являющегося входом его обмотки возбуждения.

Второй выход аккумуляторной батареи подключен ко второму входу контактора.

Измерительное и ведомое колеса соединены соответственно с первым и вторым датчиками угловых скоростей, ведомые колеса соединены с рамой измерительной тележки, которая через измерительный элемент подключена к транспортному средству.

Блок регистрации дополнительно содержит блок управления, блок памяти, дисплей и контроллер.

Порт входа/выхода вычислителя подключен к блоку памяти, а первый, второй и третий выходы вычислителя подключены соответственно к дисплею, блоку управления и контроллеру, через который осуществляется связь с внешними устройствами.

Измерительная тележка гибким кабелем соединена с блоком регистрации, при этом выходы первого и второго датчиков угловых скоростей подключены соответственно к третьему и четвертому аналоговым входам вычислителя, выход блока управления подключен ко второму входу блока силовых ключей, а второй выход контактора и выходы силовой шины генератора постоянного тока и аккумуляторной батареи подключены соответственно к первому и второму входам пульта управления, пятый свободный аналоговый вход вычислителя предусмотрен для подключения динамометра силового стенда (при проведении тарирования устройства).

Максимальное значение коэффициента сцепления (ϕ_макс) вычисляется путем измерения максимальной силы продольного динамического торможения измерительного колеса по поверхности аэродромного покрытия, получаемой при работе генератора постоянного тока в генераторном режиме, когда максимальная механическая сила сцепления (Р_{сцп.макс}) измерительного колеса превращается в электрическую и выделяется в виде тепловой энергии в блоке активной нагрузки.

Коэффициент сцепления (ϕ_макс) вычисляется по формуле

ϕ_макс=Р_{сцп.макс}/P_г,

где ϕ_макс - максимальное значение коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием;

Р_{сцп.макс} - максимальная сила сцепления измерительного колеса с поверхностью аэродромного покрытия;

Р_г - нормальная сила нагрузки на измерительное колесо.

Через контроллер осуществляется связь с внешними устройствами постоянно через средства радиосвязи или после проведения измерений информация о состоянии поверхности взлетно-посадочной полосы переписывается в переносной блок памяти для детального анализа и документирования на диспетчерском пункте аэродрома.

В известных технических решениях признаков, сходных с отличительными признаками заявленного устройства не обнаружено, вследствие чего можно считать, что предлагаемое устройство соответствует изобретательскому уровню.

Использование данного устройства при его реализации позволит повысить безопасность при посадке летательных аппаратов путем повышения точности определения коэффициента сцепления авиашасси с поверхностью взлетно-посадочной полосы аэродрома.

Сущность предлагаемого «Устройства для определения коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием» поясняется чертежами, где представлены:

на фиг.1 - структурная схема прототипа;

на фиг.2 - структурная схема предлагаемого устройства;

на фиг.3 - типовая схема силового стенда для определения силы динамического торможения (Р_т) измерительного колеса;

на фиг.4 - диаграмма, поясняющая работу предлагаемого устройства;

на фиг.5 - алгоритм измерения коэффициента сцепления (ϕ_макс.) колеса с аэродромным покрытием.

Предлагаемое «Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием», как и прототип, содержит измерительную тележку 1 и блок регистрации 2. Измерительная тележка 1 содержит измерительное колесо 3, блокировочную муфту 4, редуктор 5, измерительный элемент 6 и раму измерительной тележки 10.

При этом измерительное колесо 3 блокировочной муфтой 4 механически соединяется с редуктором 5.

Блок регистрации 2 содержит вычислитель 7 и пульт управления 8, который подключается к первому входу вычислителя 7.

Выход измерительного элемента 6 по гибкому кабелю подключен ко второму входу вычислителя 7 блока регистрации 2.

Дополнительно в состав измерительной тележки 1 включены независимый груз 15, муфта свободного хода 16, генератор постоянного тока 17, блок силовых ключей 18, блок активной нагрузки 18, первый 20 и второй 21 датчики угловых скоростей, пусковое сопротивление 22, аккумуляторная батарея 23, регулятор напряжения 24, контактор 25 и ведомые колеса 26-1 и 26.

При этом независимый груз 15 нормально соединен с измерительным колесом 3.

Муфта свободного хода 16 соединяет редуктор 5 с ротором генератора постоянного тока 17.

Силовая шина аккумуляторной батареи 23 через контактор 25 и пусковое сопротивление 22 подключена к силовому входу/выходу генератора постоянного тока 17, силовой вход/выход которого через блок силовых ключей 18 подсоединен к блоку активной нагрузки 19, а также через регулятор напряжения 24 подключен ко входу генератора постоянного тока 17, являющегося входом его обмотки возбуждения.

Второй выход аккумуляторной батареи 23 подключен ко второму входу контактора 25.

Измерительное 3 и ведомое 26-1 колеса соединены соответственно с первым 20 и вторым 21 датчиками угловых скоростей.

Ведомые колеса 26-1 и 26 соединены с рамой 10 измерительной тележки, которая через измерительный элемент 6 подключена к транспортному средству.

Блок регистрации 1 дополнительно содержит блок управления 27, блок памяти 28, дисплеи 29, и контроллер 30.

Порт ввода/вывода вычислителя 7 подключен к блоку памяти 28.

Первый, второй и третий выходы вычислителя 7 подключены соответственно к дисплею 29, блоку управления 27 и контроллеру 30, через который осуществляется связь с внешними устройствами.

Измерительная тележка 1 гибким кабелем соединена с блоком регистрации 2, при этом выходы первого 20 и второго 21 датчиков угловых скоростей подключены соответственно к третьему и четвертому аналоговым входам вычислителя 7.

Выход блока управления 27 подключен ко второму входу блока силовых ключей 18.

Второй выход контактора 25 и выходы силовой шины генератора постоянного тока 17 и аккумуляторной батареи 23 подключены соответственно к первому и второму входам пульта управления 8.

Пятый свободный аналоговый вход вычислителя 7 предусмотрен для подключения динамометра силового стенда (при проведении тарирования устройства).

Максимальное значение коэффициента сцепления (ϕ_макс) вычисляется путем измерения максимальной силы продольного динамического торможения измерительного колеса 3 по поверхности аэродромного покрытия, получаемой при работе генератора постоянного тока 17 в генераторном режиме, когда максимальная механическая сила сцепления (Р_{сцп.макс}) измерительного колеса 3 превращается в электрическую и выделяется в виде тепловой энергии в блоке активной нагрузки 18.

Максимальное значение коэффициента сцепления (ϕ_макс) вычисляется по формуле

ϕ_макс=Р_{сцп.макс}/Р_г,

где ϕ_макс - максимальное значение коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием;

Р_{сцп.макс} - максимальная сила сцепления измерительного колеса с поверхностью аэродромного покрытия;

Р_г - нормальная сила нагрузки на измерительное колесо 3.

Конструктивное исполнение предлагаемого устройства

Предлагаемое устройство состоит из измерительной тележки 1 и блока регистрации 2, которые соединены между собой гибким кабелем.

При проведении измерений блок регистрации 2 размещается в кабине водителя автомобиля-буксировщика.

Измерительная тележка 1 снабжена измерительным колесом 3 авиационное шасси и двумя ведомыми колесами 26 и 26-1 автомобильное шасси.

Ведомые колеса 26 и 26-1 и измерительное колесо 3 расположены симметрично относительно тяги измерительной тележки 1 осевой линии движения, чем обеспечивается путевая устойчивость в ходе всех этапов движения.

В состав измерительной тележки входит независимый вертикальный груз 15, который обеспечивает нормальную (вертикальную) силу (Р_г) на измерительное колесо;

Перед проведением измерений блокировочной муфтой 4 соединяется измерительное колесо 3 с редуктором 5.

Редуктор 5 обеспечивает необходимый диапазон скорости вращения ротора генератора постоянного тока 17.

Муфта свободного хода 16 обеспечивает передачу вращающего момента в одном направлении (от редуктора 5 к ротору генератора 17).

Генератор постоянного тока 17 работает в двух режимах: стартерном и генераторном.

В стартерном режиме генератор 17 получает питание от аккумуляторной батареи 23.

В стартерном режиме обеспечивается разгон ротора генератора 17, что исключает перегрузку измерительного колеса 3 в момент разгона транспортного средства.

Генераторный режим генератора 17 обеспечивается силой сцепления измерительного колеса 3 с поверхностью аэродромного покрытия. Генератор постоянного тока 17 вырабатывает напряжение 20-30 вольт, что гарантирует его безопасную эксплуатацию, а вырабатываемая им мощность обеспечивает необходимое динамическое торможение измерительного колеса 3.

Блок силовых ключей 18 меняет нагрузку генератора 17 в соответствии с сигналами поступающими из блока управления 27. Каждый из силовых ключей блока 18 имеет свою активную нагрузку в блоке 19.

Регулятор напряжения 24, при изменении нагрузки блоком силовых ключей 18, поддерживает напряжение генератора 17 постоянным.

Датчики угловых скоростей 20 и 21 измеряют соответственно угловую скорость измерительного колеса 20 и ведомого колеса 26-1.

Измерительный элемент 6 определяет тяговую силу (Р_g) и измерительной тележки 1.

На передней панели пульта управления 8 размещаются кнопка «Пуск», индикатор напряжения, тумблер «Измерение/Тарирование», три кнопки для установки даты и времени проведения измерений, а также кнопка для регистрации полосы и направления движения. При этом первый и второй входы пульта управления 8 подключены соответственно к кнопке «Пуск» и индикатору напряжения. Пульт управления 8 определяет режим работы вычислителя 7.

Вычислитель 7 представляет из себя микроконтроллер семейства PIC 18, который выпускается в исполнении с FLASH программируемой памятью программ, оперативным запоминающим устройством, 10-разрядными аналого-цифровыми преобразователями, 16-разрадными таймерами, таймером реального времени и соответствующими портами ввода, вывода информации и портом ввода/вывода. Вычислитель 7 осуществляет прием информации от датчиков 20 и 21 угловой скорости вращения соответственно измерительного 3 и ведомого 26-1 колес. Принимает от измерительного элемента 6 информацию тяговой силы (P_g) измерительной тележки 1 и информацию динамометра силового стенда при проведении тарирования данного устройства.

Вычислитель 7 в соответствии с программными обеспечением через блок управления 27 осуществляет управление блоком силовых ключей 17, а также запись и считывание информации из блока памяти 28, определяет максимальное значение коэффициента сцепления (ϕ_макс) с аэродромным покрытием, определяет скорость движения, выдает необходимую информацию на дисплей 29 и считывает из блока памяти 28 через контроллер 30 информацию о проведенных измерениях.

Тарирование предлагаемого устройства

Тарирование предлагаемого устройства осуществляется на типовом силовом стенде (фиг.3).

Устройство и работа силового стенда.

Силовой стенд состоит из электродвигателя 32, червячного 33 и балансного 34 редукторов, двух роликов 35 цепной передачи 36 и динамометра 37.

Для реализации полной тяговой силы Р_т измерительного колеса 3 при динамическом торможении поверхность роликов 35 делают рифленой или покрывают фрикционным материалом. Ролики 35 соединяются цепной передачей 36 и приводятся во вращение от электродвигателя 23 через червячный 33 и балансный 34 редукторы. Рама балансного редуктора 34 под действием реактивного момента, пропорционального Р_т тяговой силы динамического торможения измерительного колеса 3 поворачивается и воздействует на динамометр 37. По показаниям динамометра 37 делается вывод о тяговой силе Р_т динамического торможения измерительного колеса 3.

Методика тарирования устройства.

Измерительное колесо 3 устанавливается на ролики 35 силового стенда. Динамометр 37 подключается к пятому входу вычислителя 7 (блока регистрации 2). Включается блокировочная муфта 4 (измерительной тележки 1). Нажимается кнопка «Пуск» на пульте управления 8. Ротор генератора постоянного тока 17 раскручивается до номинальной скорости. Включается электродвигатель 32 силового стенда. Измерительное колесо 3 раскручивается до скорости, равной скорости движения измерительной тележки 1, при измерении коэффициента сцепления ϕ, при этом муфта свободного хода 16 соединяет редуктор 5 с ротором генератора постоянного тока 17.

При этом понимается, что окружная сила Р_т измерительного колеса 3 равна силе динамического торможения, нагружающей динамометр 37.

Скорость вращения измерительного колеса 3 определяется скоростью движения измерительной тележки 1 и вычисляется по формуле:

V=n_kr м/сек (V=πn_kr/30·36 км/ч),

где n_k - угловая скорость измерительного колеса 3, рад/сек (об/мин);

r - радиус измерительного колеса 3, м;

π-3,14...

V - скорость движения измерительной тележки 1 (автомобиля-буксировщика).

Значение V выводится на дисплей 29 для контроля и вносится в постоянную память вычислителя 7.

При заданной скорости вращения измерительного колеса 3 в соответствии с программным обеспечением вычислителя 7 с его выхода выдается код управления в блок 27. В блоке 27 формируются сигналы, которые поступают на управляющие электроды силовых ключей блока 18. Силовые колючи блока 18 плавно меняют ток активной нагрузки блока 18 от минимального (I_{н min}) до его максимального значения (I_{н max}) с дискретом, равным младшему разряду (Фиг.4,41).

Следовательно, сила динамического торможения Р_т измерительного колеса 3 будет меняться от минимального до максимального значения (от Р_т ^' _мин до Р_т ^' _макс) (Фиг.4 от 38 до 39).

Значение тяговой силы Р_т динамического торможения измерительного колеса 3 снимается с динамометра 37 силового стенда.

По результатам измерений составляется таблица изменения тяговой силы Р_т динамического торможения измерительного колеса 3 от изменения кода на входе блока управления 27.

Таблица вносится в блок памяти 28, в постоянную память вычислителя 7, а также прилагается к документации на данное устройство.

При этом определяется диапазон измерения коэффициента сцепления ϕ от ϕ'_мин до ϕ'_макс.

D=ϕ'_макс-ϕ_мин (фиг.4,40).

где ϕ - диапазон измерения коэффициента сцепления;

ϕ'_мин и ϕ'макс соответственно минимальное и максимальное значения коэффициента сцепления (полученные при тарировании).

ϕ'мин =Р_т'_мин/Р_г (фиг.4.38); ϕ'_макс=Р_т'_макс/Р_г (Фиг.4.39).

Р_т'_мин и Р_т'_макс - соответственно минимальное и максимальное значение тяговой силы Рт динамического торможения измерительного колеса 3, (снимаемое с данамометра 37.

Р_г - независимая нормальная нагрузка на измерительное колесо 3.

На силовом стенде может быть определена сила сопротивления качению Р_к ведомых колес 26 и 26-1 измерительной тележки 1, для чего ведомые колеса 26 и 26-1 устанавливаются на ролики 35 силового стенда. Ведомые колеса 26 и 26-1 раскручиваются до скорости V. Показание динамометра 37 сила сопротивления качению Р_к ведомых колес 26 и 26-1. Сила сопротивления качению Р_к ведомых колес вносится в блок памяти 28, в постоянную память вычислителя 7, и прилагается к документации на данное устройство.

Сила сопротивления качению Р_к ведомых колес 26 и 26-1 может быть определена по формуле:

P_к=Gf,

где Р_к - сила сопротивления качению;

G - нормальная нагрузка на ось ведомых колес 26 и 26-1, Н (кг);

f - коэффициента сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению f при скорости движения до 80 км/ч равен 0,012.

Определение максимального продольного коэффициента сцепления (ϕ_макс) колеса с аэродромным покрытием.

Перед определением коэффициента сцепления проводится подготовительная работа:

- тумблер «измерение/тарирование устанавливается в положение «измерение»;

- включается блокировочная муфта 4;

- кнопками пульта управления 8 устанавливается дата, время проведения работ, номер полосы, направление движения по полосе; все перечисленное записывается в блок памяти 28 и соответственно отображается на дисплее 29;

- на несколько секунд нажимается кнопка «Пуск» - замыкается цепь включения контактора 25. Силовая шина аккумуляторной батареи подключается к генератору 17. Ротор генератора постоянного тока 17 раскручивается до номинальной скорости вращения, при этом муфта свободного входа 16 отключает редуктор 5 от ротора генератора 17.

При нажатой кнопке «Пуск» на индикаторе напряжения пульта управления 8 контролируется напряжение аккумуляторной батареи 25, а при работе генератора 17 в генераторном режиме его выходные напряжения. После проведенной подготовительной работы автомобиль-буксировщик набирает скорость V, равную скорости измерительного колеса 3 при тарировании устройства на силовом стенде.

Скорость движения определяется по скорости вращения ведомого колеса 26-1

V_a=V;V_a=ω*r₁;

где V - скорость измерительного колеса 3 на силовом стенде; м/сек;

V_a - скорость автомобиля-буксировщика, м/сек;

ω - угловая скорость ведомого колеса 26-1, рад/сек;

r₁ - радиус ведомого колеса 26-1, м.

При равенстве скоростей V и V_a на дисплее 29 высвечивается сигнал равенства и включается программа по определению максимального коэффициента продольного максимального сцепления (ϕ_макс) шины измерительного колеса 3 с поверхностью аэродромного покрытия.

При этом следует отметить, что ведомые колеса 26 и 26-1 не пробуксовывают, так как сила сопротивления их качению Р_к значительно меньше силы сцепления ведомых колес с поверхностью аэродромного покрытия.

P_к(Gf)≪P_сцп(Gϕ),

где P_к - сила сопротивления качению ведомых колес 26 и 26-1;

G - нормальная нагрузка на ось ведомых колес 26 и 26-1;

f - коэффициент сопротивлению качению;

ϕ - коэффициент сцепления ведомых колес с поверхностью аэродромного покрытия.

При равенстве скоростей вращения выходного вала редуктора 5 и ротора генератора 17 муфта свободного хода 16 подключает редуктор 5 к ротору генератора 17.

На фиг.4 отображено влияние состояния аэродромного покрытия на коэффициент сцепления.

На фиг.4,41 отображены изменения тяговой силы Р'_т торможения измерительного колеса 3 на силовом стенде при изменении тока нагрузки в блоке 19 от J_min до J_max.

А на фиг.4-44, 45, 46 и 47 изменение тяговой силы Р_т торможения измерительного колеса 3 соответственно на сухой, мокрой, покрытой снегом и оледенелой поверхности аэродромного покрытия.

Процесс определения коэффициента сцепления условно делится на два этапа - поиска и слежения.

В режиме поиска осуществляется поиск максимальной силы сцепления (Р_{сцп.макс}) измерительного колеса 3 с поверхностью аэродромного покрытия.

В режиме слежения слежение за максимальной силой сцепления измерительного колеса 3 с поверхностью аэродромного покрытия, осуществляя при этом необходимую корректировку.

Режим поиска начинается с минимального (J_min) и равномерного увеличения тока на активной нагрузке блока 19. При этом тяговая сила Р_т динамического торможения измерительного колеса 3 будет также пропорционально увеличиваться.

Допустим, что определяя коэффициент сцепления на мокром аэродромном покрытии, увеличили ток нагрузки блока 19 до J_н1 (фиг.4), соответственно тяговая сила Р_т торможения измерительного колеса 3 достигла величины, обозначенной на фиг.4 точкой 48. Пробуксовка измерительного колеса 3 отсутствует, так как Р_т меньше силы сцепления Р_сцп колеса с поверхностью аэродромного покрытия

Р_т≪Р_сцп

Следовательно, угловые скорости измерительного 3 и ведомого 26-1 колес равны между собой, соответственно n_к=ω.

Показания измерительного элемента 6 для данного случая равно

Р_g=Р_т+Р_к

где Р_g - сила буксировки измерительной тележки 1, Н (Кг);

Р_т - тяговая сила динамического торможения измерительного колеса 3, которая при токе J_н1 численно равна Р_т при тарировании устройства, Н (Кг);

Рк - сила сопротивления качению ведомых колес 26 и 26-1; Н (Кг).

При условии Р_т≪Р_сцп (n_к=ω) организуется программный самоконтроль работоспособности предлагаемого устройства.

При увеличении нагрузки генератора 17 соответственно увеличивается тяговая сила Р_т динамического торможения измерительного колеса 3.

И при токе J_н2 на нагрузке блока 19 тяговая сила Р_т торможения измерительного колеса 3 становится равной силе сцепления Р_сцп колеса 3 с поверхностью аэродромного покрытия (фиг.4,49).

Р_т=Р_сцп=ϕР_г,

где ϕ - коэффициент сцепления;

Р_г - нормальная (вертикальная) сила независимого груза 15 на измерительное колесо 3.

При этом нарушается равенство угловых скоростей измерительного 3 и ведомого 26-1 колес.

Следовательно, признаком равенства тяговой силы Р_т торможения измерительного колеса 3 силе его сцепления (Р_сцп) с поверхностью ВПП является наличие пробуксовки измерительного колеса 3, то есть n_k<ω.

Однако наибольшей силы сцепления (Р_{сцп. макс}) измерительное колесо 3 достигает при наличии значительной пробуксовки. Степень пробуксовки измерительного колеса 3 по отношению к поверхности аэродромного покрытия характеризуется относительным проскальзыванием .

где ω - угловая скорость ведомого колеса 26-1;

n_к - угловая скорость измерительного колеса 3.

Максимальное значение коэффициент сцепления (ϕ_макс) достигает при относительном скольжении =0,1-0,2 (фиг.4).

При наличии относительного проскальзывания (пробуксовка измерительного колеса 3) тяговая сила Р_т торможения измерительного колеса 3 контролируется по показаниям измерительного элемента 6.

С увеличением тока нагрузки J_н в блоке 19 рост показаний Р_g измерительного элемента 6 замедляется (фиг.4 для условно взятого случая - мокрой поверхности аэродромного покрытия - это кривая 45).

И при токе J_н3 рост показаний Р_g измерительного элемента 6 прекращается (фиг.4, точка 50), что соответствует максимальному значению тяговой силы (Р_{т макс}) торможения измерительного колеса 3, максимальной силе его сцепления (Р_{сцп. макс}) с поверхностью аэродромного покрытия и, следовательно, максимальному значению коэффициента сцепления (ϕ_макс).

P_{т макс}=P_{сцп. макс}=ϕ_максP_г

Р_{т макс}(Р_{сдп. макс}) можно вычислить

P_{т макс}(P_{сцп. макс})=P_g-P_к

где P_к - сила сопротивления качению ведомых колес 26 и 26-1 для установленной скорости постоянна.

Следовательно, можно вычислить ϕ_макс

На этом режим поиска заканчивается.

Режим слежения обеспечивает отслеживание максимального коэффициента сцепления ϕ_макс при изменении состояния аэродромного покрытия.

Допустим, что в процессе измерений следующий участок поверхности аэродромного покрытия стал более грязный. В этом случае показания Р_g измерительного элемента 6 станут меньше, а относительное скольжение увеличится в соответствии со степенью загрязнений.

Или, наоборот, следующий участок поверхности покрытия стал более чистый, тогда показания Р_g измерительного элемента 6 увеличатся, а относительное скольжение станет меньше.

Тогда в соответствии с программным обеспечением вычислителя 7 ток активной нагрузки J_н на элементах блока 19 в первом случае уменьшится, а во втором - увеличится, обеспечивая соответственно уменьшение или увеличение показания измерительного элемента 6, добиваясь его максимальных значений Р_{g макс}.

Затем по ранее приведенным формулам вычисляется максимальное значение тяговой силы (Р_{т макс}) торможения измерительного колеса 3 и максимальный коэффициент сцепления (ϕ_макс) колеса с поверхностью аэродромного покрытия.

P_{т макс}(P_{сцп. макс})=P_g-P_к

Положительный эффект предложенного устройства заключается в повышении безопасности при посадке летательных аппаратов на взлетно-посадочную полосу, который заключается в достоверном определении максимального коэффициента сцепления авиашасси с поверхностью аэродромного покрытия. При этом максимальный коэффициент продольного сцепления ϕ_макс определяется с учетом состояния ВПП, в соответствии с требованиями ИКАО (международной организации гражданской авиации).

Известные устройства, как и прототип, использует постоянную, фиксированную степень пробуксовки измерительного колеса без учета состояния поверхности аэродромного покрытия. Но при определении максимального коэффициента сцепления (ϕ_макс) требуется изменение относительного проскальзывания от 0,1 до 0,2 в зависимости от состояния поверхности взлетно-посадочной полосы.

- увеличивается срок службы шасси измерительного колеса 3, так как его пробуксовка осуществляется только во время проведения измерений и исключается во время разгона и других перемещений измерительной тележки 1.

- При разгоне измерительной тележки 1 (перед измерением) пробуксовка измерительного колеса 3 исключается, уменьшается разогрев поверхности шины колеса 3, что повышает достоверность проводимых измерений коэффициента сцепления.

При проведении измерений предлагаемое устройство не требует специального смачивания водой поверхности взлетно-посадочной полосы.

Предложенное устройство может быть выполнено следующим образом.

Наиболее важным элементом в предлагаемом устройстве является генератор постоянного тока 17, поэтому в качестве генератора постоянного тока используется ГС-12ТО, используемый во вспомогательных силовых системах ТА-6А для запуска турбореактивных двигателей самолетов.

Генератор безопасен в эксплуатации, условия работы обеспечивают требуемые климатические условия эксплуатации (относительная влажность ˜98%, температура от +690 до -60°С) и значительные ударные и вибрационные нагрузки. Рабочий диапазон вращения генератора 17 обеспечивает относительное проскальзывание измерительного колеса 3 от 0,1 до 0,25.

Павловский Н.И. «Вспомогательные силовые установки самолетов», М. «Транспорт», 1977.

- регулятор напряжения 24 тип РН-18Ом - входит в комплект генератора постоянного тока ГС-12ТО;

- вычислитель 7 - микроконтроллер семейства PIC18. Авторы Б.Я.Прохоренко и др. изд. М. ДОДЭКА, 1999 г.;

- блок памяти 25 - микросхема энергонезависимой памяти фирмы ATMEL, автор В.ВТребнев изд.Санкт-Петербург, ЭФО, 1977 г.;

- дисплей 29 - цифровой микрокристаллический дисплей фирмы PLANAR;

- контроллер 30 - контроллер типа FLASC-CAPD, предназначен для подключения внешних устройств;

- измерительное колесо 3 - авиационное шасси;

- ведомые колеса 26 и 26-1 - автомобильные шасси;

- измерительный элемент 6 - динамометр;

- датчики угловых скоростей 20 и 21 - тахогенераторы;

- блок управления 27 - блок оптронов;

- блок силовых ключей 18 - построен на базе силовых транзисторов или тиристоров;

- аккумуляторная батарея 23 - два аккумулятора типа 12СМ-28 или 20КНБН;

- контактор 25 - контактор ТКС601КОД;

- пусковое сопротивление 22 - сопротивление, тип ПС-200-012Д.

Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием, содержащее измерительную тележку и блок регистрации, измерительная тележка содержит измерительное колесо, блокировочную муфту, редуктор, измерительный элемент и раму измерительной тележки, при этом измерительное колесо блокировочной муфтой механически соединяется с редуктором, блок регистрации содержит вычислитель и пульт управления, который подключается к первому входу вычислителя, а выход измерительного элемента по гибкому кабелю подключен ко второму входу вычислителя, отличающееся тем, что измерительная тележка дополнительно содержит независимый груз, муфту свободного хода, генератор постоянного тока, блок силовых ключей, блок активной нагрузки, первый и второй датчики угловых скоростей, пусковое сопротивление, аккумуляторную батарею, регулятор напряжения, контактор, ведомые колеса, при этом независимый груз нормально соединен с измерительным колесом, муфта свободного хода соединяет редуктор с ротором генератора постоянного тока, силовая шина аккумуляторной батареи через контактор и пусковое сопротивление подключена к силовому входу/выходу генератора постоянного тока, силовой вход/выход которого через блок силовых ключей соединен с блоком активной нагрузки, а также через регулятор напряжения подключен ко входу генератора постоянного тока, являющегося входом его обмотки возбуждения, второй выход аккумуляторной батареи подключен ко второму входу контактора, а измерительное и ведомое колеса соединены соответственно с первым и вторым датчиками угловых скоростей, ведомые колеса соединены с рамой измерительной тележки, которая через измерительный элемент подключена к транспортному средству, при этом блок регистрации дополнительно содержит блок управления, блок памяти, дисплей и контроллер, причем порт входа/выхода вычислителя подключен к блоку памяти, а первый, второй и третий выходы вычислителя подключены соответственно к дисплею, блоку управления и контроллеру, через который осуществляется связь с внешними устройствами, причем измерительная тележка гибким кабелем соединена с блоком регистрации, при этом выходы первого и второго датчиков угловых скоростей подключены соответственно к третьему и четвертому аналоговым входам вычислителя, выход блока управления подключен ко второму входу блока силовых ключей, а второй выход контактора и выходы силовой шины генератора постоянного тока и аккумуляторной батареи подключены соответственно к первому и второму входам пульта управления, пятый - свободный аналоговый вход вычислителя предусмотрен для подключения динамометра силового стенда (при проведении тарирования устройства), при этом максимальное значение коэффициента сцепления (ϕ_макс) вычисляется путем измерения максимальной силы продольного динамического торможения измерительного колеса по поверхности аэродромного покрытия, получаемой при работе генератора постоянного тока в генераторном режиме, когда максимальная механическая сила сцепления (Р_{сцп макс}) измерительного колеса превращается в электрическую и выделяется в виде тепловой энергии в блоке активной нагрузки, при этом коэффициент сцепления (ϕ_макс) вычисляется по формуле

ϕ_макс=Р_{сцп макс}/Р_г,

где ϕ_макс - максимальное значение коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием;

Р_{сцп макс} - максимальная продольная сила сцепления измерительного колеса с поверхностью аэродромного покрытия;

Р_г - нормальная сила нагрузки на измерительное колесо.