Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту-154 на основе анализа эксплуатации

Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту-154 на основе анализа эксплуатации

Министерство образования украины

Национальный Авиационный Университет

Кафедра: Технической эксплуатации летательных аппаратов и авиационных двигателей

Дипломный проект

(пояснительная записка)

Тема: Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту-154 на основе анализа эксплуатации

Министерство образования украины

Национальный Авиационный Университет

Факультет механический Кафедра ТЭЛА и АД

Задание

На дипломный проект (работу) студента

1. Тема проекта (работы) Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту-154

Утверждена приказом по университету от " "июнь 200_ г. №

2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)

3. Исходные данные проекта (работы) Статистические данные об отказах и неисправностях шасси самолета Ту-154

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов) Анализ надежности узлов шасси. Разработка конструктивных усовершенствований шасси. Разработка установки для технического обслуживания шасси. Охрана труда. Охрана окружающей среды.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) Анализ надежности. Конструктивные усовершенствования шасси передней и основных опор. Установка для ТО шасси.

6. Консультанты по проекту (работе, с указанием относящихся к ним разделов)

7. Специальная часть Разработка установки для ТО шасси.

8. Дата выдачи задания

Календарный план

Перечень чертежей

Содержание

Введение

1. Основная часть

1.1 Краткое описание шасси самолета Ту-154

1.2 Анализ надежности шасси самолета Ту-154

1.3 Конструктивные усовершенствования шасси самолета Ту-154

1.3.1 Усовершенствование тормозного цилиндра

1.3.1.1 Проверочный расчет тормозного устройства

1.3.2 Усовершенствование тормозных дисков колес

1.3.2.1 Расчет энергоемкости тормоза

1.3.2.2 Проверочный расчет корпуса тормозного устройства

1.3.2.3 Расчет на смятие опорного буртика корпуса тормоза под стопорным полукольцом

1.3.2.4 Расчет стопорных колец

1.3.3 Разработка бескамерного барабана тормозного колеса с разъемным корпусом

1.3.3.1 Проверочный расчет усовершенствованного колеса

1.3.3.2 Расчет нагрузок, действующих на корпус колеса и реборды

1.3.3.3 Расчет на прочность реборды колеса

1.3.3.4 Расчет болтов, соединяющих внутреннюю и внешнюю части барабана колеса

1.3.3.5 Разрушающее давление в гидравлической системе тормозов

1.3.4 Усовершенствование шарнирного узла шасси самолета

1.3.5 Усовершенствование устройства для перетока жидкости в амортизаторе передней ноги шасси самолета Ту-154

1.3.6 Разработка сигнализатора давления для авиационных пневматиков

1.3.6.1 Проверочный расчет индикатора давления воздуха

1.3.7 Конструктивное усовершенствование замка убранного положения основной опоры шасси

2. Специальная часть

2.1 Краткая характеристика механизации, применяемой при техническом обслуживании самолета Ту-154

2.2 Основные требования, предъявляемые к машинам и механизмам, используемым при техническом обслуживании воздушных судов

2.3 Разработка передвижной установки для техобслуживания шасси самолета Ту-154

2.3.1 Техническое описание гидроустановки и гидромотора

2.3.2 Расчет узлов крепления установки к раме автомобиля

2.3.3 Расчет направляющих для погрузки колес

2.3.4 Расчет грузоподъемного механизма

2.3.4.1 Расчет секторного механизма

2.3.4.2 Расчет силового цилиндра гидроподъемного механизма

2.3.5 Расчет необходимого количества АМГ-10 для гидросистемы самолета

2.3.6 Расчет емкости гидробака установки

3. Охрана окружающей среды

3.1 Влияние воздушного транспорта на окружающую среду

3.2 Экологическая опасность процесса техобслуживания шасси

3.3 Обеспечение экологической безопасности

3.4 Расчет эмиссии авиационного двигателя Д-30-КП.

Заключение

Список использованных источников

Введение

Повышение уровня безопасности полетов, надежности авиационной техники ставит задачи по совершенствованию конструкции современных воздушных судов (ПС). Также одной из наиболее важных задач является более эффективное использование воздушны судов, сокращение времени простоя при оперативном и периодическом техническом обслуживании (ТО), повышение степени механизации ТО, экономия горюче смазочных материалов (ПММ).

Внедрение прогрессивных методов ТО АТ по состоянию требует решения ряда технических и организационных вопросов, направленных на существенное улучшение системы контроля технического состояния агрегатов и узлов АТ, при этом большое внимание должно уделяться разработке мероприятий, направленных на совершенствование конструкции АТ, внедрению новых методов и средств диагностики, разработке средств механизации и автоматизации процессов ТО АТ.

В дипломном проекте предлагаются некоторые конструктивные усовершенствования шасси самолета Ту-154 направленные на повышения уровня безотказности основных узлов шасси. Кроме того, рассматриваются приспособления, призванные уменьшить трудоемкость ТО шасси. Рассматриваются вопросы охраны труда и окружающей среды при обслуживании шасси.

1. Основная часть

В основной части дипломного проекта приведены результаты разработок, направленных на повышение надежности отдельных элементов шасси самолета Ту-154. Выбор элементов, которые требуют конструктивного усовершенствования, выполнены на основе анализа надежности шасси.

1.1 Краткое описание шасси самолета ТУ-154

Шасси является системой опор, обеспечивающее необходимое положение самолета на стоянке, его передвижение при рулении по аэродрому и во время взлета и посадки.

На самолете Ту-154 шасси выполнено по трехопорной схеме и убирается назад по полету. Шасси с носовым колесом позволяет осуществлять взлет и посадку при сильном боковом ветре, а также прямолинейное движение во время разбега и пробега самолета. Трехопорная схема позволяет получить устойчивое движение самолета по аэродрому, эффективно маневрировать, благодаря управлению поворотом колес передней ноги.

Передняя, или носовая опора размещена перед центром тяжести, что позволяет избежать опрокидывания "на нос", а также применять торможение при пробеге.

Главные опоры размещены за центром тяжести самолета. В выпущенном положении имеют наклон назад, изменяющийся в зависимости от величины обжатия амортстоек.

Передняя опора имеет два спаренных колеса, а каждая основная опора - тележку с шестью спаренными колесами.

Пневматики колес воспринимают нагрузку при посадке и движении самолета по аэродрому, и передают ее опорам.

Уборка шасси назад имеет свои преимущества и недостатки. Такая уборка не вызывает большого смещения центра тяжести и не требует большой мощности цилиндров подъемников, так как в этом случае не надо преодолевать сопротивление воздушного потока.

На самолете имеется система управления поворотом колес передней ноги, что значительно улучшает маневренность самолета при рулении.

Главные ноги шасси имеют гидравлическую систему торможения колес и устройства, автоматически регулирующие силу торможения колес, что исключает возникновение юза.

Как в убранном, так и в выпущенном положении все ноги шасси запираются замками.

Шасси имеют световую и звуковую сигнализацию положения опор и створок.

Уборка и выпуск шасси, открытие замков, задних створок ниши главных ног шасси и управление тормозами колес осуществляется с помощью гидравлических цилиндров и устройств, которые приводятся в действие от первой гидравлической системы.

Аварийный выпуск шасси, открытие задних створок главных ног шасси и управление поворотом колес производится от второй, а дублирующий аварийный выпуск и открытие задних створок главных ног шасси - от третьей гидравлической системы.

Передняя нога шасси размещена под носовой частью фюзеляжа по оси самолета и убираются в нишу между шпангоутами № 14 - 19. Главные ноги шасси располагаются справа и слева под крылом и убираются в ниши гондол.

Все ниши после уборки шасси в полете закрываются створками для уменьшения лобового сопротивления самолета.

Основные данные

1.2 Анализ надежности шасси самолета Ту-154

Шасси самолета Ту-154 является функциональной системой, надежность которой существенно влияет на безопасность полетов, поскольку за счет качественной работы шасси осуществляется такие жизненно важные процессы, как взлет - посадка, руление, сглаживание и уменьшение ударных нагрузок. Таким образом, появляется необходимость особого внимания за контролем исправности основных узлов и агрегатов шасси.

В процессе эксплуатации наблюдаются случаи появления следующих функциональных отказов для основных узлов и агрегатов шасси:

- для КН-10 (передней опоры) характерен дисбаланс колес, трещины в тормозных барабанах, срез шпильки, порезы пневматиков, обрыв болта реборды, неравномерный износ шин, негерметичность ниппеля, износы подшипников и обтюраторов;

- для колес основных стоек КТ-141Е характерно разрушение шин и тормозных дисков при рулении и торможении ПС, также проворачивание шины, перегрев и проколы пневматиков, течь АМГ из блоков тормозных цилиндров, трещины на барабане колеса;

- для гидравлических агрегатов обслуживающих шасси, типа УА-51Б, РДЦ, замков убранного и выпущенного положения наблюдается внутренняя

негерметичность, износ уплотнений, резьбы крепления, трещины;

- для амортстоек ОНШ и ПНШ наблюдается износ трущихся поверхностей из-за отсутствия смазки, люфты, недозарядка или перезарядка стоек маслом или азотом.

Количественная оценка надежности элементов шасси производится в следующем порядке:

- определяется интенсивность отказов элементов и узлов шасси, характеризующая количество отказов в единицу времени;

- определяется вероятность безотказной работы элементов и узлов шасси.

Интенсивность отказов определяется по формуле:

(1.1)

где: -количество отказов изделия за период времени t ;

-количество отказавших изделий за период времени ;

-общее количество изделий, находящихся под наблюдением.

Среднее значение интенсивности отказов определяется по формуле:

 (1.2)

Вероятность безотказной работы определяется как для невосстанавливаемых систем через каждые 0,5 часа типового полета, равного t=3ч. При этом считается, что за время типового полета отказавшее изделие не восстанавливает свою работоспособность.

Тогда вероятность безотказной работы за рассматриваемый промежуток времени t можно определить по формуле:

; (1.3.)

Статистические данные по отказам и неисправностям элементов и узлов шасси, имевшим место в рассматриваемый период эксплуатации самолётов Ту-154 в АП Борисполь (2001-2002гг), представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1 Статистические данные по отказам и неисправностям элементов гидросистемы самолета Ту-154

На основании статистических данных таблицы 1.1 строим гистограмму распределения отказов по элементам и узлам шасси (Рис 1.1).

Для расчета интенсивности отказов элементов и узлов шасси, определяем количество интервалов К и наработку в интервале t по формуле;

, (1.4)

где n-количество отказов;

N - количество исправных агрегатов, находящихся под наблюдением

t=; (1.5)

где - максимальная наработка изделия на отказ;

- минимальная наработка изделия на отказ.

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2. Значение интенсивности отказов элементов гидросистемы

После определения интенсивности отказов определяем вероятность безотказной работы элементов и узлов шасси как для невосстанавливаемой системы за время типового полета, равное 3 часа. Результаты сводим в таблицу 1.3.

Таблица 1.3. Значения вероятности безотказной работы элементов гидросистемы

По результатам расчетов Р(t) строим графики изменения вероятности безопасности работы элементов гидросистемы за время типового полета t=3ч. (Рис.1.2)

1.3 Конструктивные усовершенствования шасси самолета Ту-154

При разработке конструктивных усовершенствований использовались: опыт эксплуатации шасси Ту-154, изучение технической литературы, информационный и патентный поиск.

В дипломном проекте произведены следующие конструктивные усовершенствования элементов шасси:

- усовершенствование тормозных дисков колес с заменой материала дисков и корпуса тормоза, оптимизация потока охлаждающего воздуха через тормоз;

- усовершенствование тормозного цилиндра;

- разработка бескамерного барабана тормозного колеса с разъемным корпусом с заменой материала;

- усовершенствование шарнирного узла шасси;

- усовершенствование замка убранного положения основной ноги шасси (ОНШ);

- усовершенствование устройства для перетекания жидкости в пневмогидравлическом амортизаторе передней опоры.

1.3.1 Усовершенствование тормозного цилиндра

У самолета Ту-154 в блоке цилиндров размещены 12 тормозных цилиндров с поршнями, 8 узлов растормаживания и 4 регулятора зазора цангового типа. Для уменьшения массы тормозного устройства в дипломном проекте предлагается тормозной узел [3], содержащий в себе три агрегата: гидроцилиндр с поршнем, узел растормаживания и регулятор зазора. Регулирование зазора происходит следующим образом. При выработке тормозных дисков нажимной цилиндр 59 уходит все дальше и дальше времени он начнет передвигать вправо втулку 55, которая будет насаживать втулку 57 на шаровую опору 56. В результате чего разжимается пружина 58 в незаторможенном положении устройства, поэтому при растормаживании нажимной цилиндр 59 уходит влево, не достигая своего прежнего положения. Вследствие чего поддерживается постоянный зазор между нажимным диском и тормозным пакетом.

1.3.1.1 Проверочный расчет тормозного устройства

Величина потребного эксплуатационного тормозного момента определяется с прототипа тормозного устройства самолета Ту-154.

(1.11.)

где ?Т=0.3 - коэффициент трения фрикционной пары прототипа (материал МКВ-50А-4НМХ);

SТ - осевое усилие сжатия;

RТ - радиус трения тормозных дисков;

nТ =10 - количество пар поверхностей трения.

Определим осевое усилие сжатия:

(H), (1.12.)

где DП =0.017 м - диаметр поршня торможения;

nП =12 - количество поршней торможения;

PТ =11МПа - рабочее давление в тормозной системе.

Определим радиус трения в тормозных дисках RТ:

(мм) = 0,139 м, (1.13)

где Rд =163,8 мм - внешний радиус диска,

rд = 114 мм - внутренний радиус диска.

Потребный тормозной момент:

(H·м).

Для проектируемого тормозного устройства осевое усилие сжатия дисков

, (1.14.)

где ?с-с =0,35 - коэффициент трения фрикционной пары "углерод-углерод";

nТ? =6 - количество пар поверхностей трения;

RТ? - радиус трения тормозных дисков,

(мм) =0,148 м, (1.15.)

где Rд? =176 мм - наружный радиус дисков;

rд? =120 мм - внутренний радиус дисков.

В результате получим

 (H).

Определим необходимое рабочее давление в тормозной системе.

PТ =PТ? + PТ?? + PТ???, (1.16.)

где PТ? - давление, необходимое для создания осевого усилия сжатия дисков SТ?,

PТ?? - давление, необходимое для обжатия возвратных пружин,

PТ??? - давление, необходимое для преодоления сил трения в регуляторах зазора.

(1.16.1.)

где Fn? - суммарная площадь всех тормозных цилиндров,

(1.16.2)

где Dn1 =0,042 м;

Dn2 =0,032 м.

Тогда суммарная площадь всех тормозных цилиндров равняется:

,

используя формулу (1.16.1.), получим:

 (Па) =8,646 МПа.

Давление, необходимое для обжатия возвратных пружин найдем по формуле:

(1.16.3.)

где nпр = 8 - количество узлов с пружинами растормаживания;

Pпр = 920 H - усилие, необходимое для обжатия пружины;

(Па) = 1,584 МПа;

Давление, необходимое для преодоления сил трения в регуляторах зазора равно:

(1.16.4.)

где nр = 8 - количество узлов поддержания постоянного зазора;

Pрз = 1500 H - усилие трения в регуляторе;

(Па) = 2,582 МПа;

Таким образом, необходимое рабочее давление в тормозной системе равно:

PТ = 8,646+1,584+2,582 = 12,812 (МПа).

1.3.2 Усовершенствование тормозных дисков колес

В связи с разработкой новых типов военных, гражданских, воздушно - космических летательных аппаратов в последнее время во всем мире остро встал вопрос о необходимости снижения веса и увеличения ресурса тормозов.

В качестве новых материалов для тормозов были предложены композиционные материалы на основе углерода, которые могут одновременно выполнять функции фрикционного материала, теплопоглатителя и силового элемента.

По величине коэффициента трения эти материалы не уступают традиционным, но при этом отличаются существенно более высокой износостойкостью. По поглощению тепла на единицу веса композиционные материалы на основе углерода уступают только бериллию. Их высокая теплопроводность способствует быстрому отводу тепла от тормозов.

Дополнительным преимуществом этих материалов при использовании в качестве силовых элементов является тот факт, что их прочность не снижается при повышении температуры. Это качество, в сочетании с низким коэффициентом теплового расширения, приводит к тому, что диапазон условий работы тормозов ограничивается только теплостойкостью примыкающих элементов конструкции.

При повышенных температурах достигается лучшее использование теплопоглощающей способности этих материалов в расчете на единицу веса. В настоящее время считаются возможными рабочие температуры порядка 1770 - 1870°C. Ожидается экономия веса за счет замены тормозов из стали и металлокерамики углеродными: на самолете Боинг 747 - 635 кгс, на самолете Боинг 757 - 272 кгс, на самолете Боинг 767 - 408 кгс.

В таблице дано сравнение фактического ресурса одного военного самолета и расчетного ресурса нескольких пассажирских самолетов.

В дипломном проекте предлагается использовать фрикционные вкладыши из углерода с нанесением на боковые поверхности теплозащитного покрытия из окиси алюминия. Для облегчения веса каркаса диска конструкция выполнена следующим образом. Крепление вкладышей обеспечивается за счет того, что на боковых поверхностях спиц каркаса выполнены внутренние скосы, образующие треугольный профиль, взаимодействующий с соответствующим профилем боковой поверхности вкладышей. Причем каркас выполнен сборным, состоящим из спиц, скрепленных с кольцом, либо из двух симметричных одинаковых частей [4].

На рис.1.4. показан диск с прикрепленными спицами, общий вид; разрезы по А-А, Б-Б и В-В; диск выполненный из двух одинаковых частей с разрезом Г-Г.

Каркас тормозного диска представляет собой кольцо 1 с выступами 2, к которым крепят с помощью заклепок 3 спицы 4, имеющие в боковой поверхности треугольный профиль. Теплопоглощающие вкладыши 5 устанавливаются между спицами и упираются в них. В другом варианте выполнения диска вкладыши 5 установлены между двумя половинками каркаса. Боковые поверхности вкладышей имеют теплозащитное покрытие из окиси алюминия толщиной 0,3 мм. Оно позволяет предохранить силовые элементы диска от тепловых напряжений, возникающих от градиента температур при его остывании. Спицы имеют возможность некоторого перемещения в плоскости, перпендикулярной к плоскости трения, благодаря чему вкладыши могут самоустанавливаться.

В ходе эксплуатации воздушных судов подвижные и неподвижные диски изнашиваются до величины, которая зависит от того, как часто имела место нестабильная циклоидальная вибрация дисков. Еще одно предлагаемое конструктивное усовершенствование решает проблему нежелательных радиальных циклических вибраций с помощью образования на дисках периферических вытянутых кольцевых бороздок на радиальных поверхностях подвижных и неподвижных дисков, таким образом, радиальные борозды играют роль гасителей нежелательных колебаний и сводят к минимуму радиальное перемещение дисков. Это позволяет продлить ресурс тормозных дисков. Сечение дисков показано на рис.1.5.

Страницы: 1, 2, 3