Рессора основной опоры шасси легкого самолета

Изобретение относится к области авиации и касается рессоры основной опоры шасси легкого самолета. Рессора изготовлена из полимерного композиционного материала (ПКМ) и состоит из двух жестко соединенных между собой оболочек. Рессора выполнена пустотелой. Каждая из оболочек выполнена толстостенной с переменным углом выкладки ортотропных слоев по толщине оболочки, реализуемым поочередным симметричным выкладыванием слоев ПКМ таким образом, чтобы главная ось ортотропии с наибольшим нормальным модулем упругости слоя образовывала угол с продольным направлением рессоры, имеющий для внутренних слоев минимальное значение и монотонно увеличивающийся по мере приближения к наружной поверхности таким образом, чтобы при изгибе рессоры все ее слои были равнопрочными. Достигается снижение лобового сопротивления в полете при минимально возможной массе, обеспечение достаточной жесткости при изгибе и кручении, эффективное демпфирование. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области авиации, а именно к самолетостроению.

Заявляемая система представляет собой рессору основной опоры шасси легкого самолета, предназначенную для смягчения ударов, возникающих при приземлении вследствие наличия вертикальной скорости снижения и при пробеге или разбеге по неровной поверхности.

К рессоре шасси предъявляются следующие специфические требования:

1. Рессора должна обеспечивать свободное передвижение и достаточную устойчивость и управляемость самолета на земле.

2. Рессора должна обеспечивать минимальное лобовое сопротивление в полете и минимально возможную массу.

3. Размеры и компоновка рессоры в составе шасси на самолете должны обеспечивать достаточное расстояние от концов лопастей винтов до поверхности земли, а также посадочный угол атаки.

4. Рессора должна обеспечивать поглощение работы, предписанной нормами прочности. При этом большая часть работы должна поглощаться, превращаясь в тепловую энергию.

Известна рессора основной опоры шасси легкого самолета Су-26 - аналог (источник http://www.airwar.ru/enc/other/su26.html),представляющая собой пустотелую сварную рессору из титанового сплава ВТ-23 (источник - stroimsamolet.ru/007.php).

Такая рессора получается очень легкой, но титановые сплавы очень чувствительны к концентраторам напряжений, неточности термообработки и нарушениям режимов сварки. Такая стойка должна быть отполирована по всем поверхностям, сварена специальной вакуумной сваркой, термообработана и многократно дефектоскопирована. Все это вместе с дороговизной титана существенно ограничивает целесообразность применения титановых рессор на легких самолетах.

Наиболее близкой к заявляемой рессоре и прототипом является рессора основной опоры шасси легкого самолета TERZI Т-30 КАТANA (источник http://www.airwar.ru/enc/la/t30.html). Основные стойки шасси и хвостовое колесо с амортизацией: плоские листовые рессоры из специального полимерного композиционного материала (ПКМ).

Известно, что рессоры из ПКМ, в том числе плоские листовые рессоры, имеют ряд преимуществ по сравнению с металлическими:

- снижение массы на 50…80%;

- снижение цены на 70…90% (по сравнению с титановыми);

- по демпфирующим свойствам рессоры из ПКМ в 3-8 раз превосходят конструкционные металлы (источник www.ngpedia.ru/id413788р 1.html);

- высокая трещиностойкость (а не катастрофический излом, как при разрушении металлической рессоры);

- высокая коррозионная стойкости в реальных условиях эксплуатации;

- высокая долговечность (в 3-5 раз), и, как следствие, снижение коэффициента замены и ремонта;

- возможность создания принципиально новой конструкции подвески.

Недостатками рессоры-прототипа являются:

- плоские листовые рессоры из ПКМ имеют малую поперечную (изгибную) жесткость (в три раза меньше, чем у металлических рессор), которая приводит к необходимости увеличения их ширины (при равном лобовом сопротивлении) или толщины в полтора раза;

- плоские листовые рессоры из ПКМ имеют в 10 раз меньшую, чем у стали, жесткость при кручении, что объясняется более низким модулем сдвига ПКМ и может приводить к ограничению свободного передвижения и снижению устойчивости и управляемости самолета на земле или увеличению массы рессоры;

- плоские листовые рессоры из ПКМ недостаточно эффективно реализуют демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов.

Поставлена задача - создание рессоры основной опоры шасси легкого самолета, эффективно реализующей все преимущества рессор из ПКМ и лишенной недостатков, присущих плоским листовым рессорам из ПКМ и рессорам из титановых сплавов, в первую очередь имеющей минимально возможную массу при заданных жесткостных характеристиках.

Поставленная задача решается за счет того, что рессора основной опоры шасси легкого самолета, изготавливаемая из ПКМ, причем ПКМ может быть выполнен из ткани, ленты или образован намоткой, состоящая из двух жестко соединенных между собой оболочек, выполненная пустотелой, при этом согласно изобретению каждая из оболочек выполнена толстостенной с переменным углом выкладки ортотропных слоев по толщине оболочки, реализуемым поочередным симметричным выкладыванием слоев композиционного материала таким образом, чтобы главная ось ортотропии с наибольшим нормальным модулем упругости слоя образовывала угол с продольным направлением рессоры, имеющий для внутренних слоев минимальное значение и монотонно увеличивающийся по мере приближения к наружной поверхности таким образом, чтобы при изгибе рессоры все ее слои были равнопрочными.

Известно, что модуль упругости ПКМ зависит от углов укладки армирующих волокон, при этом изменяются упругие и прочностные характеристики. Однако зависимости характеристик упругости и прочности от укладки различны. Поэтому, меняя угол укладки, можно получить изделие (рессору) с нужными свойствами. В частности, меняя угол укладки по толщине оболочки, можно получить равнопрочную конструкцию - гарантию достигнутой минимально возможной массы.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана схема рессоры основной опоры шасси легкого самолета, где 1 и 2 - верхняя и нижняя толстостенные оболочки,

на фиг. 2 в поперечном сечении рессоры показаны ортотропные слои оболочек с переменным углом выкладки по толщине,

на фиг. 3 изображены эпюры распределения максимальных напряжений при чистом изгибе в нагруженных армирующих волокнах слоев рессоры в случае одинаковой укладки слоев по толщине оболочки (слева) и в случае укладки слоев с расчетными переменными углами по толщине оболочки (справа).

Реализация изобретения осуществляется путем изготовления из ПКМ верхней и нижней оболочек рессоры и их жестким соединением. При этом ПКМ может быть выполнен из ткани, ленты или образован намоткой, а каждая из оболочек выполняется толстостенной с переменным углом выкладки ортотропных слоев ПКМ по толщине оболочки, реализуемым поочередным симметричным выкладыванием слоев ПКМ таким образом, чтобы главная ось ортотропии с наибольшим нормальным модулем упругости слоя образовывала угол с продольным направлением рессоры, имеющий для внутренних слоев минимальное значение и монотонно увеличивающийся по мере приближения к наружной поверхности таким образом, чтобы при изгибе рессоры все ее слои были равнопрочными.

Особенностями приведенной схемы являются:

1. Рессора обеспечивает приемлемо низкое лобовое сопротивление в полете при минимально возможной массе.

2. Рессора обеспечивает достаточную жесткость при изгибе и кручении.

3. Толстостенные оболочки рессоры эффективно реализуют демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов.

Предложенная рессора была изготовлена, испытана и доказала свою работоспособность в составе легкого многоцелевого самолета «Ястреб» С-012.

1. Рессора основной опоры шасси легкого самолета, изготовленная из полимерного композиционного материала (ПКМ), состоящая из двух жестко соединенных между собой оболочек, выполненная пустотелой, отличающаяся тем, что каждая из оболочек выполнена толстостенной с переменным углом выкладки ортотропных слоев по толщине оболочки, реализуемым поочередным симметричным выкладыванием слоев композиционного материала таким образом, чтобы главная ось ортотропии с наибольшим нормальным модулем упругости слоя образовывала угол с продольным направлением рессоры, имеющий для внутренних слоев минимальное значение и монотонно увеличивающийся по мере приближения к наружной поверхности таким образом, чтобы при изгибе рессоры все ее слои были равнопрочными.

2. Рессора по п.1, отличающаяся тем, что ПКМ может быть выполнен из ткани, ленты или образован намоткой.