Cunoaşterea avionului ultrauşor – Celula, partea 3

Trenul de aterizare

Încă de la începuturile aviaţiei, a apărut necesitatea ca aeronavele să fie dotate cu diverse sisteme pentru desfăşurarea operațiunilor la sol. S-au folosit, pentru început, rampe de lansare fixe pentru decolare, împreună cu ranforsări ale fuselajului, pentru aterizare. Odată cu folosirea roților de bicicletă, manevrarea aeronavelor la sol a devenit mult mai uşoară.

S-a ivit apoi problema operării aeronavelor pe diverse suprafețe, respectiv apă, zăpadă și gheață, suprafețe dure neamenajate şi suprafeţe dure amenajate.

Avioanele terestre pot decola de pe suprafețe amenajate sau neamenajate, inclusiv zăpadă și gheață. În mod normal, acestea sunt echipate cu tren de aterizare prevăzut cu roți însă, pentru operațiuni pe zăpadă și gheață, este necesar ca roţile să fie înlocuite cu schiuri. Atât roţile, cât şi schiurile pot fi, uneori, retractabile pentru a asigura aeronavei o rezistenţă la înaintare mai redusă.

Hidroavioanele au fuzelajul astfel proiectat încât să se comporte ca o carenă plutitoare. Ele aterizează și decolează doar pe apă.

Există şi avioane la care cele două flotoare sau schiurile, sunt dublate de un set de roți, pentru rulaj.
Cerinţele cărora trebuie să se conformeze sistemul trenului de aterizare sunt:

  • Preluarea sarcinilor la decolare, la aterizare și în rulaj.
  • Absorbția oscilaţiilor de tip shimmy pe timpul rulajului la decolare şi aterizare.
  • Susţinerea aeronavei pe sol, în timpul manevrelor, asigurând atât o frecare minimă între aeronavă și sol, cât şi o distanţă de siguranţă între suprafaţa de rulare şi diversele componente ale aeronavei (elici, suprafeţe de comandă, trape, etc).
  • Asigurarea unui coeficient redus de rezistenţă la înaintare, ca urmare a frecării cu aerul în timpul zborului.

Avioanele ușoare, precum și unele aeronave mai mari, unde factorul simplitate este pe prim plan, sunt prevăzute cel mai adesea cu tren de aterizare fix, neretractabil. În acest fel, o performanță mai redusă în timpul zborului, cauzată de frecarea trenului de aterizare fix, este compensată de simplitatea sa, întreținerea uşoară și, de asemenea, un cost inițial redus.

Dispunerea geometrică și amplasarea fizică a componentelor trenurilor de aterizare de pe aeronave sunt diverse.

Tipul, dimensiunea și poziția acestora sunt stabilite în etapa de proiectare, luându-se în considerare mai mulți factori.

Există două tipuri principale de tren de aterizare:

  • Cu roată de bot, adesea denumite avioane cu triciclu, figura 1.

 

Fig.1

  • Cu roată de coadă, care se mai numesc și avioane cu bechie, figura 2.

Fig.2

Majoritatea aeronavelor folosesc structura triciclu, unde cele două jambe principale ale trenului sunt poziționate chiar în spatele de CG. Acestea suportă până la 90% din greutatea aeronavei și toate şocurile iniţiale la aterizare.

Ansamblul roții din bot menține avionul la orizontală și, în majoritatea cazurilor, constituie și un mijloc de schimbare a direcției, pe timpul rulajului.

Un avantaj al sistemului triciclu față de cel cu roată de coadă este acela că nu există niciun risc de capotare pe timpul rulajului cu un vânt de coadă puternic și, de asemenea, un risc mult mai mic de a face piruete la sol.

Din punct de vedere al amortizării, există trei tipuri principale de trenuri de aterizare:

  • Cu amortizor din foaie de arc de oțel sau fibră de sticlă.
  • Cu amortizor din inele de cauciuc.
  • Cu amortizor oleopneumatic.

Amortizorul cu foaie de arc. Foile de arc sunt de obicei utilizate la jambele principale ale trenului de aterizare.

Foaia este formată dintr-un tub sau o bandă elastică din oțel, capătul superior fiind atașat la fuzelaj cu șuruburi, iar capătul inferior terminându-se cu un ax pe care sunt asamblate roata și sistemul de frânare.

Amortizorul cu inele de cauciuc. Când pentru amortizare sunt folosite inele de cauciuc, amortizorul este construit sub forma unor  tuburi cilindrice, proiectate și instalate astfel încât forțele din timpul aterizării să fie dirijate spre un set de inele de cauciuc.

Amortizorul oleo-pneumatic. Unele trenuri de aterizare principale fixe și majoritatea celor escamotabile, cu roată de bot, sunt echipate cu un amortizor oleo-pneumatic. Din punct de vedere al proiectării, amortizoarele oleo-pneumatice variază considerabil, o importanţă foarte mare având soluţia constructivă de montare a acestora.

Jambele, şi uneori roţile, sunt prevăzute cu un carenaj aerodinamic, necesar reducerii rezistenței la înaintare a întregii structuri a trenului de aterizare. Un dezavantaj al carenajelor roţilor îl reprezintă faptul că, pe aerodromurile înierbate, acestea acumulează noroi în timpul aterizării sau decolării, lucru care poate afecta performanțele la decolare.

Un sistem de amortizare oleo-pneumatic simplu, cuprinde un cilindru exterior, fixat rigid la structura aeronavei prin două console, care adăpostește în interior un ansamblu cilindru / piston. Spațiul interior este parțial umplut cu fluid hidraulic și în rest cu un gaz comprimat (aer sau azot).

Cilindrul interior se poate roti şi deplasa liber în sus și în jos, în interiorul cilindrului exterior. De reținut că aceste mișcări sunt limitate de legăturile de torsiune care leagă cilindrul interior de sistemul de direcție, figura 3.

Fig.3

Funcționarea amortizoarele oleo-pneumatice se bazează pe faptul că fluidul este considerat incompresibil, iar gazul poate fi comprimat.

Pe măsură ce gazul este comprimat, mărindu-și presiunea, energia este absorbită și transformată în căldură.

Încărcătura de fluid hidraulic acționează ca un amortizor, pentru a controla atât viteza de compresie în timpul sarcinii inițiale de aterizare, cât și acțiunea de recul a tijei pistonului.

Controlul ratei la care gazul se poate comprima și destinde, permite controlul sarcinii de aterizare și a acțiunii de recul.

Detaliile referitoare la principiul de funcționare nu fac obiectul acestui curs.

Atunci când aeronava este staţionată la sol, o parte din cilindrul interior al amortizorului este vizibilă (în funcţie de masa avionului), așa cum se poate observa din figura 4.

Fig.4

Din motive de siguranţă, este necesară verificarea, înainte de zbor, a următoarelor aspecte:

  • – Starea amortizorului când aeronava se află în repaus, respectiv gradul de comprimare a acestuia, așa cum se poate vedea în figura 4.
  • – Starea fizică a porţiunii vizibile a amortizorului (porţiunea lustruită). Aceasta trebuie să fie curată şi lipsită de porţiuni corodate. Un amortizor “curat” previne uzura prematură.
  • – Eventuala prezenţă a scurgerilor de lichid hidraulic.
  • – Verificarea structurii, în urma unor aterizări “dure”.

Roata de bot şi dirijarea acesteia

Ansamblul roții de bot are o structură mai ușoară decât cea a trenului principal, întrucât are o greutate mai mică. Acesta este supus, de obicei, doar sarcinilor de comprimare directă.

Unele sisteme sunt prevăzute cu accesorii pentru dispozitivul de remorcare.

La proiectarea ansamblului roții de bot se iau în calcul mai multe cerințe:

  • Autoorientare.
  • Autocentrare.
  • Posibilitatea de orientare.
  • Sistem anti-shimmy.

Avioanele ușoare folosesc un sistem de orientare a roţii simplu, în care roata din spate este legată mecanic de paloniere, în timp ce aeronavele mai mari necesită sisteme de orientare electrice.

Pentru orientare, aeronavele ușoare cu roată de bot folosesc, de regulă, frânarea diferenţială a roţilor principale.

Într-un sistem cu servodirecție, roata de bot este rotită electric, pneumatic sau, hidraulic.

Legătura de cuplu (torsiune) are rolul de a asigura că cei doi cilindri ai amorizorului roţii de bot rămân aliniaţi. În acest fel roata rămâne aliniată cu axul longitudinal al aeronavei.

Orice uzură a legăturii de torsiune sau jocuri apărute în această zonă fac posibilă apariţiei fenomenului de “shimmy”.

Amortizarea oscilaţiilor pe timpul rulajului

Ca urmare a jocurilor şi uzurii, pe timpul rulajului pentru decolare şi după aterizare, este posibil ca roata de bot să oscileze stânga-dreapta, faţă de direcţia de înaintare a aeronavei, vezi video. Fenomenul este cunoscut sub numele de “shimmy“.

Pentru evitarea lui, pe jamba roţii este montat un dispozitiv anti-shimmy.

Pe avioanele ușoare, acesta constă dintr-un corp atașat la piciorul superior al amortizorului, care conține un cilindru prevăzut cu piston, așa cum se arată în figura 5.

Pistonul este conectat la piciorul inferior, orientabil. Când roata este pe direcţie, presiunile în cele două camere ale pistonului sunt egale. Dacă roata începe să oscileze, presiunile inegale din cele două camere tind să se egaleze, sistemul începe să acţioneze şi readuce roata pe direcţie.

Alte dispozitive, mult mai simple, folosesc pentru amortizare un sistem cu două arcuri.

Amortizoarele anti-shimmy și legăturile de cuplu uzate sunt cele mai frecvente cauze ale oscilaţiilor roţii de bot. O astfel de oscilaţie în exces, în special la viteze mari, se poate transmite întregii structuri a aeronavei, fapt ce poate fi periculos.

Fig.5

Anvelope, condiții de exploatare

Roțile aeronavei sunt echipate cu anvelope, cu sau fără cameră în interior. Aeronavele ușoare și de fabricaţie mai veche sunt prevăzute cu anvelope cu camere.

Anvelopa reprezintă în esenţă o carcasă din cauciuc, întărită cu straturi de bumbac, celofibră, corzi de nylon sau metal. Corzile nu sunt țesute, ci dispuse paralel în straturi simple și ținute împreună de o peliculă subțire de cauciuc. Aceasta împiedică tăierea, în timpul utilizării, a cordoanelor straturilor adiacente.

Pentru a absorbi și distribui șocurile și pentru a proteja anvelopa de deteriorări prin lovire, aceasta prezintă la suprafaţă nişte straturi speciale, denumite benzi de rupere.

În exploatare normală, pneurile trebuie umflate la presiunea corectă, prevăzută în Manualul de operare sau în cel de mentenanţă, astfel încât să se asigure o funcţionare la parametrii normali.

Valori anormale ale presiunii în pneuri pot provoca uzura prematură, vibraţii ale ansamblului trenului sau chiar explozia pneului.

Când anvelopele sunt montate pentru prima dată pe jantă, acestea tind să rotească ușor în jurul acesteia. Fenomenul se numește „alunecare” și în acest stadiu este considerat normal. Totuşi, după ce pneurile se așează, această alunecare trebuie să înceteze.

În timpul funcționării, anvelopa poate avea tendința de alunecare în continuare în jurul jantei. Dacă alunecarea este excesivă în cazul unei anvelope prevăzută cu cameră, aceasta va duce la ruperea ventilului de umflare și la spargerea camerei.

În cazul anvelopele fără cameră, fenomenul de alunecare constituie mai puțin o problemă.

Fig.6

Fig.7

Atât talonul anvelopei, cât și flanșa roții sunt prevăzute cu nişte semne de culoare roşie numite „semne de alunecare”, vezi figurile 6 și 7.

La montaj, semnele de alunecare sunt aliniate între ele.

Dintr-o multitudine de motive, incluzând aterizări dure, frânări bruşte și presiuni reduse în anvelopă, aceasta se va mişca în jurul jantei, iar semnele de alunecare se vor deplasa unul față de altul.

Mișcarea anvelopei în jurul roții nu trebuie atât de mare încât semnele de alunecare să devină complet nealiniate unul cu celălalt, în caz contrar fiind necesară schimbarea pneului.

Inspectarea aeronavei înainte de zbor include și verificarea anvelopelor.

Unele dintre cauzele comune de deteriorare a anvelopelor sunt:

Uzură plată datorată franării uscate sau umede, umflături și delaminări, prezența obiectelor străine (cuie, șuruburi), explozii ale anvelopelor, tăieturi și ciupituri ale benzii de rulare, uzură avansată a benzii de rulaj, crăpături ale pereților laterali, etc.

La controlul avionului înainte de zbor, se va verifica şi starea pneurilor roţilor trenului de aterizare, cu accent pe:

  • Presiune;
  • Deformări;
  • Uzură;
  • Tăieturi, umflături locale;
  • Defecţiuni ale structurii peretelui lateral și căii de rulaj;
  • Contaminarea cu lichid hidraulic, combustibil, ulei și grăsimi. Dacă sunt lăsate să rămână în contact cu o anvelopă, acestea provoacă umflarea cauciucului, devenind moale și spongios și ducând la pierderea rezistenței. Dacă acești contaminanți intră în contact cu anvelopele, acestea trebuie îndepărtate cu alcool sau apă curată și detergent.

 

Sisteme de frânare şi precauţii în folosire

Toate sistemele de frânare a roților aeronavei reprezintă în fapt un mijloc de transformare a mișcării de înaintare a aeronavei (energie cinetică) în energie termică, prin frecare.

Eficiența unui sistem de frânare este determinată de cât de rapid poate fi transformată energia cinetică în căldură, iar căldura este disipată către alte structuri și atmosferă.

Sistemele de frânare de pe aeronavele mici sunt prevăzute cu frâne pe disc, montate pe roţile principale ale trenului de aterizare. Majoritatea sunt acţionate hidraulic cu ajutorul pedalelor, amplasate în partea superioară a palonierelor, vezi figura 8.

Fig.8

Acestea utilizează o serie de plăcuțe de frânare fixe, care acţionează asupra unui disc rotativ, similar cu cele de pe un autoturism. Plăcuţele de frânare sunt realizate dintr-un material de frecare anorganic, iar discurile sunt din oțel forjat. Plăcuţele de frânare sunt acţionate hidraulic, prin intermediul unor pistonaşe.

Inspecţia sistemului de frânare

Pe durata controlului aeronavei înainte de zbor, pilotul trebuie să verifice următoarele aspecte:

  • Lipsa scurgerilor de lichid hidraulic;
  • Starea discurilor de  frânare. Acestea nu trebuie să fie oxidate, fisurate, cu depuneri de grăsimi, lichid hidraulic, etc;
  • Gradul de uzură al plăcuţelor de frânare;
  • Fixarea corectă a ansamablului frânelor.
  • Starea conductelor pentru lichidul de frână.

Sistemul de escamotare a trenului de aterizare

În cazul aeronavelor prevăzute cu tren de aterizare retractabil, escamotarea roţilor poate fi făcută folosind un sistem hidraulic, pneumatic, electric, sau manual, la aeronavele mai vechi.

Majoritatea aeronavelor ușoare cu tren de aterizare escamotabil folosesc pentru escamotare motorașe electrice, în cazuri rare fiind folosită escamotarea manuală.

În mod particular, energia necesară acționării sistemului de escamotare este utilizată doar în procesul de retragere a roţilor, la scoatere fiind folosită gravitația.

Sistemul de escamotare are în componență dispozitive de siguranţare (zăvorâre) a jambelor trenului, pentru a se asigura că acestea sunt blocate în poziţia scos sau escamotat. Acest lucru este deosebit de important pentru a se evita astfel incidentele ce pot apărea, în special la aterizare.

Ansamblurile trenurilor de aterizare escamotabile sunt echipate şi cu dispozitive optice şi/sau sonore, care indica pilotului poziţia roţilor, precum și cu un sistem de scoatere a trenului în cazuri de avarie.

În același timp, sunt prevăzute sisteme de siguranță care împiedică escamotarea atunci când aeronava se află pe sol, precum și circuite de avertizare, cu scopul de a preveni aterizarea cu trenul escamotat.

Spaţiile de escamotare a roţilor sunt prevăzute, în marea lor majoritate cu trape, pentru a asigura menţinerea caracteristicilor aerodinamice ale aeronavei, vezi video.

Subiectul “tren de aterizare” este mult mai complex, informațiile din această postare referindu-se, așa cum am menționat la început, la avionul ușor. Prezentări mult mai detaliate pot fi găsite în cursurile de specialitate.

Sarcini pe celulă

Atunci când un material este supus unei sarcini sau unei forţe, el se deformează, indiferent cât de rezistent este acesta sau de cât de ușoară este sarcina. Există cinci solicitări majore, la care sunt supuse toate aeronavele, vezi figura 9.

:

  • Întindere
  • Comprimare
  • Torsiune
  • Forfecare
  • Încovoiere(îndoire)

Fig.9

Un singur element al structurii poate fi supus unei combinații de solicitări. În majoritatea cazurilor, componentele structurale sunt proiectate pentru a purta sarcinile pe extremităţi.

Factorul de sarcină

La proiectarea structurii unei aeronave nu se iau în calcul doar sarcinile statice la care este supusă aceasta la sol, sau a celor de natură aerodinamică atunci când se află în zbor. Deosebit de importante sunt sarcinile la care este supusă aeronava la efectuarea unor manevre.

Valorile foarte mari ale sarcinilor la care este supusă aeronava în timpul manevrelor trebuie luate în seamă de către proiectant la calculul rezistenţei structurii aeronavei în ansamblu.

Luând în considerare cele de mai sus, există posibilitatea ca două aeronave foarte asemănătoare să necesite rezistențe structurale diferite, în funcție de scopul pentru care sunt proiectate. Spre exemplu, o aeronavă proiectată pentru zboruri de turism ar putea suferi daune catastrofale la efectuarea unor manevre acrobice, la care nu a fost calculată să reziste.

Asa cum se ştie, în cazul zborului rectiliniu şi uniform, forţa portantă FZ este întotdeauna egală cu greutatea G, pe când în timpul virajelor portanţa trebuie să fie mai mare decât greutatea. Când portanţa este mai mare decât greutatea, sarcinile care acţionează asupra unei aeronave cresc cu un factor numit factor de sarcină. Acesta se exprimă prin raportul dintre portanţă și greutate, astfel:

n = FZ / G

În zborul rectiliniu şi uniform, factorul de sarcină are valoarea 1. În orice formă de zbor accelerat, atunci când viteza aeronavei se modifică factorul de sarcină va fi mai mare sau mai mic de 1. În cazul accelerațiilor pozitive, cum sunt cele din viraje, factorul de sarcină va fi mai mare de 1. Un looping inversat va aduce factorul de sarcină sub 1 și va determina de fapt un factor de sarcină negativ.

Se numeşte factor de sarcină maxim admis în exploatare, factorul de sarcină maxim la care este calculată o aeronavă, astfel încât structura ei să reziste fără a prezenta rupturi sau deformări permanente, atunci când execută evoluţii specifice scopului pentru care a fost construită.

Se numeşte factor de sarcină de rupere factorul de sarcină care, aplicat timp de trei secunde, duce la ruperea structurii aeronavei. Uzual, acesta este de 1,5 din factorul de sarcină maxim admis în exploatare.

Pentru o aeronavă de turism, manevrele care ar putea provoca daune structurii trebuie să fie interzise în mod explicit în Certificatul de tip al aeronavei, în Manualul de zbor sau în Manualul de operare al pilotului. Aceste documente vor conține, de asemenea, detalii privind limitarea vitezei și factorului de sarcină, care pot să difere pentru două aeronave aparent identice.

Producătorul aeronavei va specifica limite ale factorului de sarcină, atât pozitive cât și negative, la care poate fi aceasta supusă. Depășirea acestor limite poate duce la defecţiuni sau deteriorări structurale.

Accelerațiile uzuale la care sunt supuse aeronavele ușoare, sunt de obicei suficient de mici pentru a fi neglijate. Accelerațiile sunt mai mari la decolare sau oprirea rapidă a acestora după aterizare (decelerare).

În schimb, accelerațiile aeronavelor în timpul virajelor, în resurse sau alte diverse evoluţii, sunt semnificative. Spre exemplu, pentru un viraj cu o înclinare de 60o, factorul de sarcină este 2.

Sistemul de ancorare şi blocarea comenzilor

De obicei aeronavele sunt parcate în interiorul hangarului.

Există situaţii în care acestea sunt parcate afară, ceea ce duce la necesitatea luării unor măsuri de siguranţă, vezi figura 10.

Fig.10

Aceste măsuri se referă la ancorarea aeronavei, blocarea comenzilor, aplicarea de huse de protecţie, etc.

Ancorarea aeronavei se face prin blocarea roţilor acesteia cu ajutorul calelor şi legarea avionului de sol. Sistemul de ancorare conţine :

  • Cabluri (frânghii) de ancorare
  • Ancore
  • Dispozitive de fixare în pământ a ancorelor
  • Cale pentru roţi

Parcarea aeronavei se va efectua întotdeauna cu botul în vânt.

Dacă aeronava este prevăzută cu frână de parcare, aceasta va fi cuplată.

Modul de fixare a sistemului de ancorare este descris în POH.

Majoritatea aerodromurilor au prevăzute locuri de parcare, cu posibilitatea ancorării aeronavelor utilizând urechi metalice fixate în beton.
Blocarea suprafeţelor de comandă este o altă măsură menită a asigura o aeronavă parcată în aer liber.

Scopul acestei măsuri îl constituie împiedicarea mişcării suprafeţelor de comandă de către vânt sau persoane neavizate.

Majoritatea aeronavelor au în dotare dispozitive de blocare a comenzilor, însă există şi aeronave care au posibilitatea blocării manşei în poziţia de parcare.

Acoperirea tubului Pitot, a prizelor de aer şi a altor elemente ale aeronavei prin intermediul unor huse speciale previn accesul păsărilor, insectelor sau a altor contaminanţi în locuri nedorite.

Un tub Pitot în care au pătruns insecte sau picături de apă va produce cu siguranţă indicaţii eronate ale aparatelor.

Atenţie! A nu se uita blocajele puse înaintea declanşării zborului!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.