Расчет основных параметровжидкостно-газового амортизатора

К основным параметрам жидкостно-газового амортизатора относятся максимальный ход штока, поперечные размеры и начальный объем газа.

Амортизационная система, состоящая из пневматиков колес и амортизаторов, должна поглотить всю приходящуюся на данную опору при посадке кинематическую энергию:

где m_ред –; редуцированная масса V_y – вертикальная скорость этой массы при посадке.

Значения mред и Vy определяются для каждой опоры по формулам, приводимым в нормах прочности и нормах летной годности.

Подобрав в соответствии с рекомендациями колеса и пользуясь данными каталога колес, определяют величину энергии, поглощаемой пневматиками:

где Ам.д – максимально допустимая энергия, поглощаемая пневматиком колеса; z – число колес на рассматриваемой опоре.

Тогда величина энергии, которую должен поглотить амортизатор

где i – число амортизаторов на рассматриваемой опоре шасси.

Действительная диаграмма работы амортизатора будет отличаться от диаграммы, приведенной на рис. 14.32. Часть энергии, поглощенной амортизатором, будет затрачиваться на работу сил трения букс и уплотнений.

Величина сил трения определяется величиной сил прижатия и коэффициентом трения. В рычажных схемах шасси амортизаторы нагружаются в основном осевыми усилиями, поэтому реакции в буксах либо отсутствуют, либо очень малы, а следовательно, и силы прижатия в уплотнениях будут сравнительно невелики. В телескопической и полурычажной схемах, где амортизатор нагружается и изгибом, силы прижатия значительны, причем величина их переменна при сокращении амортизатора. Наибольшими они будут в начале хода, когда расстояние между верхней и нижней буксами наименьшее. В практических расчетах обычно принимают, что суммарная сила трения пропорциональна полному усилию в амортизаторе: Ртр=kРам, при этом у амортизаторов в рычажных схемах k = 0, 1,
а у амортизаторов в телескопической и полурычажной схемах k = 0, 2.

С учетом сил трения диаграмма работы амортизатора будет иметь вид, показанный на рис. 14.38. Отношение площади ОАDCFО к площади ОGСFО носит название коэффициента полноты диаграммы h.

Так как площадь ОGСFО равна по величине произведению то вся энергия, поглощенная амортизатором, определяется по формуле

У амортизаторов с основным торможением при прямом ходе коэффициент полноты диаграммы h= 0, 8...0, 85, а у амортизаторов с основным торможением при обратном ходе h= 0, 6...0, 75.

Наибольшее эксплуатационное усилие в амортизаторе определяется по формуле

где – усилие на колеса опоры, равное для основных и хвостовых опор усилию на стоянке, а для передней опоры – динамическому усилию, определяемому в соответствии с рекомендациями норм; n^э – коэффициент эксплуатационной перегрузки; j^э – передаточное число при ходе амортизатора S^э.

Коэффициент эксплуатационной перегрузки берется равным коэффициенту грузоподъемности колеса n_гр (n_гр приводится в каталоге колес), но не более величины , определяемой по нормам.

Рис. 14.38. Диаграмма работы жидкостно-газового амортизатора с учетом сил трения

Рис. 14.39. Определение числа j

Передаточное число j представляет собой отношение усилия в амортизаторе к усилию на колесе j= Рам / Рк. В рычажных схемах (рис. 14 39, а) передаточное число меняется по ходу амортизатора:

а в других схемах (рис. 14.39, б) оно постоянно:

После подстановки значения выражение для запишется в виде

Отсюда эксплуатационный ход штока амортизатора

Для рычажной схемы шасси это уравнение включает два неизвестных S^э и j^э. Решать уравнение проще всего графически. Задаваясь рядом значений S, по этой формуле подсчитывают величины j и строят кривую j= f1(S) (кривая 1 на рис. 14.40). На основании кинематической схемы шасси для различных значений S определяют плечи а и b, подсчитывают соответствующие величины jи тоже строят кривую j = f2(S) (кривая 2 на рис. 14.40). Точка пересечения кривых 1 и 2 и дает искомое значение эксплуатационного хода амортизатора S^э.

Рис. 14.40. Определение S э для шасси с рычажной навеской колес

Максимальный ход штока амортизатора определяется в соответствии с требованиями норм из условия поглощения амортизацией энергии: А_max = 1, 8А^э.

Обычно S_max не превышает S^э более чем на 10%. В проектировочном расчете можно принять S_max = 1, 1S^э.

Поперечные размеры амортизатора определяют из условий равновесия штока в начале его хода. Усилие в штоке в начале его хода складывается из усилия, действующего на шток со стороны газа , и усилия трения :

Как было сказано выше, силу трения принимают пропорциональной полному усилию:

Усилие, действующее на шток со стороны газа,

где F – площадь, которая при ходе штока изменяет объем воздушной камеры; р₀ – начальное давление газа в амортизаторе.

Начальное усилие в амортизаторе определяется из условия, чтобы его сокращение начиналось с нагрузки на колесах

где n₀ – коэффициент предварительной затяжки.

Чем меньше n₀, тем мягче амортизатор. Для амортизаторов основных опор шасси n₀ = 0, 6...1, для амортизаторов передних опор n₀ = 0, 9...1, 1.

Большее значение коэффициента предварительной затяжки для передних опор объясняется желанием уменьшить раскачку самолета при движении по неровному аэродрому. Тогда начальное усилие в амортизаторе

После подстановки значений , и условие равновесия штока запишется в виде

откуда

Из этой формулы видно, что увеличение начального давления газа в амортизаторе приводит к уменьшению его поперечных размеров. Но увеличение начального давления приводит и к увеличению максимального давления в конце хода обжатия амортизатора. Максимальное давление ограничивается условиями работы уплотнений.

Надежная работа уплотнений обеспечивается, если начальное давление газа у амортизаторов, работающих и на осевые усилия, и на изгиб, не будет превышать 3 МПа, а у амортизаторов, работающих только на осевые усилия, – 10 МПа. У амортизаторов современных самолетов начальное давление газа находится в пределах: р =1...10 МПа.

Для определения начального объема газа используется уравнение политропы pV_n = const.

В начале хода давление газа в амортизаторе будет р₀ и объем его V₀, в конце хода – давление р^э и объем V^э. Уравнение политропы для этих двух положений запишется в виде

или

Следовательно:

Отсюда

Зная V₀ и внутренний диаметр цилиндра, определяют высоту газовой камеры, а затем конструктивно и высоту амортизатора, учитывая при этом его ход.