Hệ thống càng máy bay là một trong những hệ thống rất quan trọng trong kết cấu máy bay. Nó là hệ thống trợ giúp máy bay trong suốt quá trình hoạt động dưới mặt đất, đặc biệt là quá trình cất và hạ cánh. Giúp giảm quá trình giao động của máy bay trong quá trình cất cánh, hạ cánh và di chuyển trên mặt đất, là kết cấu chịu toàn bộ trọng lượng máy bay khi ở trên mặt đất. Tuổi thọ của càng được đánh giá trên số lần cất cánh và hạ cánh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG VŨ TRỤ _ _ BÁO CÁO TẢI TRỌNG VÀ ĐỘ BỀN KẾT CẤU TRÊN MÁY BAY Đề tài: Tìm hiểu kết cấu, vật liệu tải trọng tác dụng lên máy bay Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Đình Quý Sinh viên thực hiện: Nhóm Họ tên SHSV Thân Quang Cương 20160523 Vương Đình Thái 20163689 Vũ Nguyên Hà 20161257 Dương Tuấn Định 20149914 Lại Đức Anh 20140087 Phạm Văn Quyền 20163440 Hà Nội, 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MƠN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG VŨ TRỤ _ _ TẢI TRỌNG VÀ ĐỘ BỀN KẾT CẤU TRÊN MÁY BAY ĐIỂM NHẬN XÉT VÀ CHỮ KÝ CỦA GIẢNG VIÊN Đề tài: Tìm hiểu kết cấu, vật liệu tải trọng tác dụng lên máy bay Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Đình Q Sinh viên thực hiện: Nhóm Họ tên SHSV Thân Quang Cương 20160523 Vương Đình Thái 20163689 Vũ Nguyên Hà 20161257 Dương Tuấn Định 20149914 Lại Đức Anh 20140087 Phạm Văn Quyền 20163440 Hà Nội, 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KẾT CẤU CÀNG MÁY BAY 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÀNG Hệ thống máy bay hệ thống quan trọng kết cấu máy bay Nó hệ thống trợ giúp máy bay suốt trình hoạt động mặt đất, đặc biệt trình cất hạ cánh Giúp giảm trình giao động máy bay trình cất cánh, hạ cánh di chuyển mặt đất, kết cấu chịu toàn trọng lượng máy bay mặt đất Tuổi thọ đánh giá số lần cất cánh hạ cánh Về bản, máy bay có chức sau: • Giúp máy tạo đà giảm tốc trình cất cánh hạ cánh • Giảm chấn máy bay tiếp đất • Giúp máy bay di chuyển mặt đất • Chống trượt q trình di chuyển Hình Hệ thống đáp B747-400 Hình Hệ thống đáp A380 Về mặt thủ tục thiết kế, thiết bị hạ cánh thành phần máy bay thiết kế cuối Nói cách khác, tất thành phần (như cánh, đuôi, thân máy bay hệ thống đẩy) phải thiết kế trước thiết kế thiết bị hạ cánh Hơn nữa, cần phải tính tốn trọng tâm máy bay để thiết kế thiết bị hạ cánh Do trọng tâm máy bay không cố định q trình hoạt động nên cần phải tính độ dịch chuyển trọng tâm (trọng tâm lớn phía trước phía sau dọc theo thân máy bay), từ thiết kế vị trí đáp cho phù hợp Trong số trường hợp, thiết bị hạ cánh khiến nhà thiết kế thay đổi cấu hình máy bay để đáp ứng yêu cầu thiết kế thiết bị hạ cánh 1.2 KẾT CẤU CÀNG MÁY BAY 1.2.1 Vị trí hệ thống máy bay Hệ thống máy bay chia làm hai phận: phụ Có thể thu thả không thu thả được, tùy vào loại máy bay Trên Boeing 747-400, hệ thống bao gồm cặp thân cặp cánh, hình mơ tả vị trí đặt Hình Vị trí hệ thống B747-400 - Vị trí theo chiều dọc: Càng đáp phải đặt phía sau, theo Currey, phải nằm khoảng 50-55% MAC (Mean Aerodynamic Chord) Hơn nữa, nhiều năm kinh nghiệm tiêu chí khác: đường mặt đất tĩnh phải phía sau giao điểm mặt đất với đường qua phía sau góc 15 o so với chiều dọc Điều nhằm tránh đập phần Hình Vị trí theo chiều dọc máy bay Khi thiết kế nằm cánh, chi tiết khác phải xem xét có mặt xà dọc sau để gắn đáp Trên máy bay, phía sau giới hạn phía sau xà dọc sau (Rear Spar) Trong trường hợp vậy, xà dọc thứ ba thêm vào phía sau xà dọc sau Hình Xà dọc thứ ba thêm để hỗ trợ chịu tải cho - Vị trí theo phương ngang: Vị trí bên thiết bị đáp xác định thơng qua góc quay Ө Theo Currey, góc khơng q 63 ° máy bay mặt đất 54 ° máy bay tàu sân bay Hình Góc quay Ө Càng thường đặt trọng tâm máy bay, chịu phần lớn tải trọng máy bay Chính thiết kế với cấu trúc vững Có thể kết cấu bánh xe loại máy bay thông thường, kết cấu ván trượt với vùng đồi núi có tuyết dạng phao hoạt động nước Thơng thường hệ thống thường có thành phần sau: • • • • • • Hệ thống giảm chấn Hệ thống phanh Hệ thống thu thả Hệ thống điều khiển Hệ thống thiết bị cảnh báo Hệ thống chống va chạm 1.2.2 Các phận chi tiết hệ thống Hình Các phận mũi máy bay B747 Bảng Các phận mũi B747 10 11 12 13 14 15 16 Tyre & Wheel Axle Shock strut inner cylinder Shock strut outer cylinder Lower torsion link Upper torsion link Forward steering collar Aft steering collar Steering actuator Side braces Lower tripod brace Trunnion fittings Nose gear actuator Upper tripod brace Drag strut Nose gear lock actuator Lốp xe & bánh xe Trục Xi lanh giảm chấn Xi lanh giảm chấn Liên kết xoắn Liên kết xoắn Cổ tay lái phía trước Cổ tay lái phía sau Thiết bị truyền động lái Thiết bị truyền động lái Nẹp chân máy Khớp nối Thiết bị truyền động mũi Nẹp chân máy phía Thanh cản Thiết bị truyền động khóa bánh mũi 10 - 2.4 Ramp Mass (RM): Khối lượng tối đa máy bay nạp đầy đủ đỗ, Trọng lượng cất cánh tối đa (MTOW): Thường với RM nhỏ lượng nhiên liệu bị đốt cháy đạt tới điểm không đáng kể (máy bay tầm xa), Trọng lượng hạ cánh tối đa (MLW): Khối lượng hạ cánh cho phép sử dụng nhiên liệu chuyến bay thiết kế ngắn Đối với máy bay máy bay chiến đấu tầm xa, thường đáng kể so với MTOW Yêu cầu vận tốc đứng ứng xử máy bay thời điểm chạm đất 2.4.1 Vận tốc đứng gia tốc máy bay chạm đất Trong yêu cầu, lượng hấp thụ xác định theo thuật ngữ vận tốc đứng chạm đất điều kiện khối lượng định Cách tiếp cận hoàn tồn phù hợp lượng tỷ lệ thuận với khối lượng bình phương tốc độ tốc độ thẳng đứng dễ diễn giải, đo lường thí điểm lượng Cách tiếp cận thận trọng xem xét khối lượng tối đa tốc độ đủ cao để bao quát tình xảy Nhưng cách tiếp cận dẫn đến hậu hàng loạt đáng kể Hình 28 cho thấy kết nghiên cứu thực FAA vào năm 1994 sân bay JFK Vận tốc đứng đo 1030 lần hạ cánh Người ta thấy vận tốc 10 ft / s khó xảy Hình 28 Phân tích thống kê vận tốc va chạm 26 Hình 29 So sánh xác suất vận tốc hạ cánh Trong thực tế, trường hợp xác định: • Hạ cánh MLW: FAR25 CS25 yêu cầu nhà thiết kế xem xét vận tốc gốc giới hạn va chạm 10 ft /s "Trọng lượng tối đa cho điều kiện hạ cánh vận tốc hạ cánh tối đa" • Hạ cánh MTOW: Trường hợp trường hợp tình cờ theo định nghĩa khơng thể xảy máy bay khơng phép hạ cánh Sau cất cánh Do đó, thận trọng xem xét tốc độ giảm dần va chạm máy bay MLW Trong trường hợp vậy, yêu cầu máy bay tốc độ ft /s • Hạ cánh tới hạn: FAR25 CS25 yêu cầu đáp không thất bại thử nghiệm chứng minh khả hấp thụ lượng dự trữ nó, mô vận tốc giảm dần 12 ft / s thiết kế MLW 27 Hình 30 Vận tốc đứng theo yêu cầu tác động Liên quan đến gia tốc chạm đất, hầu hết yêu cầu cho thấy lực nâng máy bay va chạm không vượt trọng lượng, dẫn đến không giảm tốc Trong thực tế, lực nâng trọng lượng va chạm gia tốc theo phương thẳng đứng không 28 2.4.2 Ứng xử thời điểm chạm đất Level landing Trong điều kiện cấp độ hạ cánh, lực nâng chống đỡ trọng lượng máy bay Hình minh họa hai trường hợp Trong trường hợp hạ cánh điểm, tải trọng thẳng đứng tải trọng ngang áp dụng trục bánh xe Chúng phản ứng tải quán tính máy bay Những momen tạo kết hợp tải trọng đặt trạng thái cân quán tính máy bay Trong trường hợp hạ cánh điểm, bánh mũi tiếp xúc với mặt đất đồng thời Hình 31 Level landing Các trường hợp tải sau phải xem xét cho đáp: • Spin up: phản lực lớn theo phương ngang phía sau + phản lực theo phương thẳng đứng thời điểm quay • Spring back : phản lực lớn theo phương ngang phía trước + phản lực theo phương thẳng đứng thời điểm đàn hồi • Maximum vertical reaction: phản lực theo phương đứng lớn + phản lực ngang phía sau thời điểm Yêu cầu đặt tải trọng ngang không nhỏ 25% phản lực lớn theo phương đứng • Hình 32 Ba trường hợp tải cho level landing 29 Tail-Down landing: Tail-Down Landing thực góc cực đoan Đối với máy bay có mũi, máy bay cho có ứng xử tương ứng với góc khựng góc tối đa cho phép tiếp đất với phận máy bay Hình 33 Tail-Down Landing u cầu tải giống hệt với yêu cầu hạ cánh ngoại trừ điều kiện tải trọng dọc bánh xe tối đa kết hợp với lực cản không xem xét Trường hợp tải trọng giới thiệu việc uốn cong phía trước nghiêm trọng đáp (càng đáp khơng vng góc với mặt đất) Hình 34 Ba trường hợp tải cho Tail-Down Landing 30 2.5 Mặt lượng cho cấp độ hạ cánh tương ứng 2.5.1 Năng lượng hấp thụ thời điểm hạ cánh Giả sử máy bay có khối lượng M giảm dần tốc độ V không đổi, Vy tốc độ ngang không đổi Giả sử tác động hạ cánh xảy ra, tốc độ dọc trở thành để trước phanh, tốc độ máy bay Vx Khi thiết kế đáp cho trường hợp tĩnh, M phải MTOW liên kết với V-6ft / s phải MLW liên kết với V = 10ft / s Hình 35 Tải cho cấp hạ cánh 2.5.2 Khối lượng rút gọn (Reduced mass) Giả sử trường hợp hạ cánh điểm đối xứng Vì trọng tâm nằm mũi đáp chính, lực dọc Z áp dụng bánh đáp (MLG) tạo khoảnh khắc ném, phần động chuyển đổi thành động quay Gọi M khối lượng máy bay, c khoảng cách ngang C.G MLG, z vị trí thẳng đứng C.G, cao độ y bán kính sân quay xác định theo phương trình sau: Lưu ý cách tiếp cận tương tự thực cho tất điều kiện hạ cánh Do đó, tính tốn tải xác tốt, ví dụ cần thiết cho phân tích mỏi 31 Lưu ý cách tiếp cận tương tự thực cho tất điều kiện hạ cánh Do đó, tính tốn tải xác tốt, ví dụ cần thiết cho phân tích mỏi Hình 36 Reduced mass (Level point landing & tail-down landing) 2.5.3 Tải đứng lớn Khi lượng W hấp thụ đáp biết đến (ví dụ W-1 / 2Wabs cho mức độ hạ cánh điểm), cách tiếp cận lượng đơn cung cấp ZMax tải thẳng đứng tối đa 32 Hãy xem xét trường hợp đáp trang bị có lốp xe giảm xóc dọc Năng lượng W hấp thụ hai phần tử bị lệch tải thẳng đứng Đặt tương ứng - hiệu suất giảm xóc - tương ứng hiệu suất lốp Đặt -respectively nặng - hành trình tối đa giảm xóc - tương ứng với độ lệch tối đa lốp xe Theo giả định đó, người ta viết phương trình sau: Vì mối quan hệ Z h gần tuyến tính lốp xe, nên định nghĩa số k cho Giải phương trình cho Zmax 33 2.6 Các trường hợp hạ cánh khác 2.6.1 Sự trôi hạ cánh (Drift landing) Hình 37 Máy bay bị trơi khỏi đường băng Một số giả định yêu cầu cần thực máy bay hạ cánh xảy giả định máy bay trạng thái hạ cánh với bánh xe mặt đất khơng có lực hãm giả định (khơng có lực kéo xuống bánh hạ cánh) Bánh bên phải chịu lực ngang 0,8 Rvmax, bên trái chịu lực có hướng tương tự 0,6 Rvmax điểm tiếp xúc mặt đất tải trọng chống lại quán tính máy bay Hình 38 Lực tác dụng làm trượt bánh 34 2.6.2 Hạ cánh với lốp xì (Landing with deflated tire) Hình 39 Hạ cánh với lốp xì Vì lốp xe bị hỏng q trình cất cánh - trước vật thể lạ đường băng - phải xem xét tình trạng lốp xì hạ cánh Yêu cầu xác định việc giảm lốp đơn bị bánh lốp quan trọng phải xem xét cịn tùy thuộc vào máy bay có bánh nhiều chống sốc Đối vơi 1-2 lốp xì , tải trọng áp dụng cho đơn vị 60-50% , tương đương với tải trọng giới hạn áp dụng cho điều kiện hạ cánh quy định nhiên điều kiện hạ cánh trôi dạt phải áp dụng 100% tải dọc trục 2.6.3 Hạ cánh bên (One wheel landing) Hình 40 Hạ cánh bên 35 Ở ta thấy phản lực tối đa dồn bên hình phản ứng dọc kéo bên , điều cho thấy tải trọng chống lại từ quán tính máy bay Nhưng hạ cánh bên thường xảy tượng trượt hay trôi đường băng 2.7 Các trường hợp điều khiển mặt đất 2.7.1 Các điều kiện phanh Phanh lăn (Braked roll conditions) Hình 41 Braked roll conditions Giả thiết máy bay mang trọng lượng gấp 1,2 lần trọng lượng tối đa hạ cánh máy bay mức 1,0 tiêu chuẩn trọng lượng cất cánh , không dụng lực đẩy ngược động , lúc hệ thống phanh áp dụng có hệ số = 0,8 áp dụng điểm tiếp xúc bánh với phanh Phanh không đối xứng (Unsymmetrical braking) Hình 42 Unsymmetrical braking Phanh khí động (Dynamic braking) Phanh ngược (Reverse braking) 36 2.7.2 Rẽ mặt đất (Turning) Hình 43 Turning Hình 44 Xoay vịng hẹp Máy bay đặt trạng thái cân tĩnh tải tiếp xúc mặt đất máy bay thực thao tác xoay vòng hẹp khiến lốp sau bị khóa cứng xảy trường hợp xoay ngang lốp hình làm lốp mau mòn kết cấu bị chịu tải xoắn 2.7.3 Taxi, chạy đà cất hạ cánh Ngay xây dựng nghiêm ngặt cận thẩn tiêu chuẩn cao , chúng gặp phải số rắc rối triển khai va chạm sóng biến đổi chiều cao , thay đổi độ dốc … Vì quan tâm đến bề mặt sân ngày ý : 37 - Sự gồ ghề sân bay làm ảnh hưởng tới kết cấu mỏi cấu trúc - Máy bay ngày trở nên lớn , tương đương với tải trọng ngày lớn - Tải trọng lớn tạo q trình taxi khơng thể đối phó với thay đổi bề mặt sân - Đề xuất đưa giảm xóc kép có hiệu lớn cho tác động , giảm tải va đập , hốc … Gọi F hệ số va chạm tỷ lệ tải va chạm tải trọng tĩnh F= 2,00 cho bánh đơn F= 1,67 cho đa bánh 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhập môn kỹ thuật hàng không- Đại học Bách khoa Hà Nội Aircraft Structure_3E 2012 Aviation Maintenance Technician Handbook IPSA Aero _Jean Fred BEGUE 39 ... HÀNG KHÔNG VŨ TRỤ _ _ TẢI TRỌNG VÀ ĐỘ BỀN KẾT CẤU TRÊN MÁY BAY ĐIỂM NHẬN XÉT VÀ CHỮ KÝ CỦA GIẢNG VIÊN Đề tài: Tìm hiểu kết cấu, vật liệu tải trọng tác dụng lên máy bay Giảng viên hướng dẫn:... ° máy bay tàu sân bay Hình Góc quay Ө Càng thường đặt trọng tâm máy bay, chịu phần lớn tải trọng máy bay Chính thiết kế với cấu trúc vững Có thể kết cấu bánh xe loại máy bay thông thường, kết. .. Hà Nội, 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KẾT CẤU CÀNG MÁY BAY 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÀNG Hệ thống máy bay hệ thống quan trọng kết cấu máy bay Nó hệ thống trợ giúp máy bay suốt trình hoạt động mặt đất,