CC BY
4
DOI: https://doi.Org/10.23670/IRJ.2022.120.6.014
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАРТОВОГО УСТРОЙСТВА ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ САМОЛЕТОВ
Научная статья
Лиховидов Д.В.1, Скребова Е.Г.2, *, Калинин Н.С.3, Ильин А.Е.4
2 ORCID: 0000-0001-9850-3973;
1 2, 3, 4 Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, Воронеж, Россия
* Корреспондирующий автор (dolgorukaja1[at]rambler.ru)
Аннотация
В статье рассматривается основная проблема, возникающая при проведении буксировки воздушных судов, связанная с началом движения. Для решения проблемы предложена конструкция стартового устройства для буксировки воздушных судов и способ регулирования начальной скорости движения самолета в буксировочной системе. Цель исследования заключается в проведении оценки эффективности использования стартового устройства для увеличения тяговых возможностей аэродромных колесных тягачей. В статье использовались математические методы, в том числе методы геометрических преобразований. В результате получены наибольшие значения силы тяги тягача с колодками, входящими в состав стартового устройства. Полученные результаты исследования показывают экономически выгодное и надежное использование аэродромных колесных тягачей с применением стартовых устройств, что соответствует основным направлениям развития средств буксировки воздушных судов.
Ключевые слова: аэродромный тягач, воздушное судно, начало движения, стартовое буксировочное устройство, значения силы тяги тягача с колодками.
EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF THE USE OF A LAUNCHING DEVICE DURING THE TRANSPORTATION OF AIRCRAFT
Research article
Lihovidov D.V.1, Skrebova E.G.2' *, Kalinin N.S.3, Il'in A.E.4
2 ORCID: 0000-0001-9850-3973;
1 2 3 4 Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Yu. Gagarin, Voronezh, Russia
* Corresponding author (dolgorukaja1[at]rambler.ru)
Abstract
The article examines the main problem of towing an aircraft, related to the start of movement. To solve the problem, the design of a launching device for aircraft towing and a method for controlling the initial speed of movement of a towing system are proposed. The purpose of the study is to evaluate the effectiveness of the use of the launch devise to increase the traction capacity of airfield wheeled tractors. Mathematical methods, including methods of geometric transformations, were used in the article. As a result, the highest values of draft force of the tractor with pads, which are included in the launch device, were obtained. The obtained results of the study show the economically profitable and reliable use of airfield wheeled tractors with launch devices, which coincides to the main directions of development of means of aircraft towing.
Keywords: airfield tractor, aircraft, start of the movement, launching tow device, draft force of the tractor with pads.
Введение
При проведении буксировки воздушных судов (ВС) тягачу для повышения силы тяги загружают на шасси дополнительный балласт [4], что существенно влияет на эксплуатационные затраты. Важный вопрос, который необходимо учитывать при буксировке заключается в том, что тягачу в момент начала движения с зацепленным ВС необходимо развить усилие, превышающее в два раза усилие его прямолинейного движения [1]. Способы решения этой задачи многогранны, одним из общепринятых является погрузка передней стойки самолета на шасси [2], [7].
Авторы статьи предлагают решение проблемы эффективно и с минимальными затратами - использованием стартового устройства [8]. На рисунке 1 представлен тягач, оборудованный предлагаемым устройством, в состав которого входят следующие основные составляющие: стартовый гидроцилиндр 2, соединенный с задними стойками через трос, догружающее устройство 3, колодки 5, которые автоматически убираются в необходимый момент. Использование устройства позволяет повысить стабильность разгона ВС независимо от состояния аэродромного покрытия, обеспечивая качественное регулирование начальной скорости его движения [3].
Рис. 1 - Буксировщик, оборудованный стартовым устройством: 1 - тягач; 2 - стартовый гидроцилиндр; 3 - догружающее устройство; 4 - трос; 5 - колодки; 6 - тормозные колодки;
7 - блок управления; 8 - датчик приближения
Основные результаты
Регулирование начальной скорости движения ВС достигается установкой под колеса буксировщика тормозных колодок с использованием механизма установки и автоматического извлечения 6. При начале движения ВС оптический датчик приближения 8 дает команду на блок управления 7 для извлечения колодок 5 и водителю на начала движения. Догружающее устройство 3 позволяет повысить сцепной вес тягача для увеличения его силы тяги [14].
Положительный эффект от использования тормозных колодок возникнет в том случае, когда коэффициент трения колодки с опорной поверхностью будет больше чем у колеса [15]. Для этого нужно подобрать материал и микрорельеф опорной части колодки с коэффициентом сцепления большим, чем у шин тягача.
Взаимодействие колеса с колодкой описывает методика оценки эффективности использования колодок для увеличения тяговых возможностей буксировщика [11].
На рисунке 2 представлена схема сил, приложенных к колодке при ее равновесии на аэродромном покрытии. Согласно этой схемы неравенство, при выполнении которого колодка не будет скользить по поверхности:
Я х ята < Ттрг (1)
где Ттр - сила трения колодки по опорной поверхности;
Рис. 2 - Схема сил, приложенных к колодке при ее равновесии на аэродромном покрытии: Я - нормальное давление колеса на колодку; N - сила нормального давления опорной поверхности на колодку; Ятр - сила трения колодки; Я - силу тяги на колесном движителе
Представленные на рисунке 2 силы рассчитываются по следующим выражениям: сила трения:
Ртр =
где ц - коэффициент трения между опорой и колодкой; N - сила нормального давления опорной поверхности на колодку.
Сила нормального давления N должна удовлетворять равенству N-Rcosa=0, то есть № Rcosa. С учетом выше выведенного неравенство (1) примет вид Я sina< ц Rcosa, или
Ча< ц (2)
При соблюдении условия данного неравенства колодка будет неподвижна, и максимальный допустимый угол наклона колодки определяется величиной коэффициента трения между колодкой и опорной поверхностью:
а = arctgp, (3)
При буксировке воздушного судна в начальный период, когда еще тягач не начал движение, колодка не должна двигаться относительно поверхности аэродрома и соответственно колесный движитель не должен перемещаться по наклонной поверхности колодки. Это условие будет соблюдаться при сумме проекций сил на наклонную поверхность колодки, равной нулю:
Fcos (¡3 - а) - Gsina = 0 (4)
Из выражения выделим силу тяги на колесном движителе:
^ Gsin а
F =-:-^ (5)
cos
(в - а)
Сила сопротивления со стороны колодки выражается следующим образом:
„ „ n Gsin acosp
Ткол = Fcos в =-ZT-Г-. (6)
cos (в - а)
Как известно, сила тяги тягача определяется с учетом коэффициента сцепления колесных движителей с опорной поверхностью [16]. По аналогии можно вывести выражение силы сопротивления со стороны колодки через величину так называемого коэффициента сцепления колодки фкол :
Ткол = ^кол (7)
В результате проведенных исследований и выведенных выражений можно сделать вывод о том, что эффект от применения колодок будет достигнут в случае выполнения неравенства [11]:
Фкол > Фсц1 (8)
Максимальное значение коэффициента сцепления колодки фкол будет достигаться при определении угла в по уравнению:
¿Фкол d
кол = sin а х —
dp dp
cos p
cos
(p - a)
= 0 (9)
После вычисления производной вытекают два решения:
cos В - cos (p - a)
sin p = 0 и- VH ; = 0 (10)
cos (p - a)
В первом случае Р = 0, во втором а = 0 , что говорит об отсутствии колодки. Исходя из этого максимальное значение фкол равно
sin acosp
Фкол =-77-ч (11)
cos (p - a)
Учитывая, что Р = 0 и косинус имеет четную составляющую, следует выражение:
Фкол = tga (12)
Выведенное ранее неравенство (2) можно записать с учетом выше изложенного
Ц > Фсц1. (9) (13)
Таким образом, эффект от применения колодок в этом способе буксировки воздушных судов достигается при условии, когда коэффициент трения колодки по опорной поверхности аэродрома ц превышает коэффициент сцепления
колес тягача фсц1 с той же опорой. Тем не менее выполнение неравенства (9) в общем случае не обеспечивается, и при положительном решении эффект от колодки не будет значительным. Так как угол а (угол наклона колодки) вообще отсутствует в выражении, то вместо колодки возможно использование плоской подставки, имеющей высокий коэффициент трения.
Заключение
Проведенное исследование показало, что использование колодок со свободными колесами нецелесообразно, но в то же время для управления тягачом в момент трогания с места являлось бы удобным. Ранее [6] указывалось, что для оценки силы тяги по сцеплению за счет использования колодок целесообразно использовать коэффициент эффективности колодок. Используя этот коэффициент можно рассчитать [12] наибольшее значение силы тяги тягача с колодками:
Ткол = ОфСц1к кол (14)
Таким образом применение стартовых устройств при буксировке ВС с тормозными колодками обеспечивает экономически выгодное и надежное использование аэродромных колесных тягачей, что соответствует основным направлениям развития средств буксировки воздушных судов [9], [13].
Авторы статьи провели анализ возможностей российских предприятий по изготовлению конструктивных составляющих предлагаемого буксировочного устройства [5], который показал положительные результаты, что соответствует требованиям руководства нашей страны [10].
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы / References
1. Великанов А.В. Помощник самолета / А.В. Великанов, Д.В. Лиховидов, Д.Е. Дьяков и др. // Армейский сборник. -2020. - № 5. - С. 38-44.
2. Дьяков Д.Е. Проблемы эксплуатации аэродромных буксировщиков и пути их решения / Д.Е. Дьяков, Д.В. Лиховидов, Р.А. Мачехин и др. // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 1. [Электронный ресурс]. URL: https:// science-education.ru/115-12123 (дата обращения 18.11.2021).
3. Зацепин В.В. Повышение эффективности работы аэродромного буксировщика в начальный период движения /
B.В. Зацепин, И.В. Саяпин // Сборник статей по материалам XXII межвузовской НПК Перспектива. - Воронеж : ВУНЦ ВВС «ВВА», 2013. - С. 34-48.
4. Канарчук Г.Н. Авиационная наземная техника / Г.Н. Канарчук. - Москва : Транспорт, 1989, - С. 102-113.
5. Лиховидов Д.В. Выбор российских комплектующих для чалочного (стартового) устройства транспортирования воздушных судов / Д.В. Лиховидов, Н.С. Калинин, В.А. Свиридов // Сборник статей XI Международной НПК «Актуальные вопросы современной науки и образования». - Пенза, 2021. - С. 67-71.
6. Петренко А.М. Расчет тягово-скоростных свойств топливной экономичности специализированных транспортных средств / А.М. Петренко. - Москва : МАДИ, 2013. - 74 с.
7. Пат. РФ № 2505460 МПК 7 B64F 1/22. Способ буксировки воздушных судов / А.В. Великанов, Е.В. Носов,
C.В. Лазарев, Д.В. Лиховидов (РФ); патентообладатель: ФГОУ ВПО «Военный авиационный инженерный университет» (г. Воронеж) МО РФ. - опубл. 27.01.2014, Бюл. № 3. - 6 с.
8. Пат. РФ № 2654240 МПК 7 B64F 1/22. Устройство для транспортирования воздушных судов / А. В. Великанов, Д.Е. Дьяков, И.В. Саяпин, Д.В. Лиховидов (РФ); патентообладатель: ФГВКОУ ВПО «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж). - опубл. 17.05.2018, Бюл. № 14. - 8 с.
9. Пикалов А.Д. Пути развития средств транспортирования самолетов / А.Д. Пикалов, Н.С. Калинин, Д.В. Лиховидов // Материалы Международной НПК «Наука сегодня: задачи и пути решения», Научный центр «Диспут». -Вологда, 2021. - С. 24-26.
10. О подтверждении производства промышленной продукции на территории РФ : постановление Правительства РФ от 17.07.2015 года № 719.
11. Саяпин И.В. Методика оценки эффективности использования тормозных колодок для повышения тяговых возможностей буксировщика, оборудованного стартовым устройством / И.В. Саяпин, А.В. Великанов // Научное обозрение. Технические науки. - 2014. - №2. - С.144-145. [Электронный ресурс]. URL: https://science-engineering.ru/article/view?id=579(дата обращения 18.11.2021).
12. Свидетельство на программу для ЭВМ № 2021612053 РФ. Программа расчета внешней скоростной характеристики транспортного средства / Д.Е. Дьяков, Д.В. Лиховидов, Л.А. Великанова; заявитель Дьяков Д.Е. - заявл. 25.01.2021; опубл. 10.02.2021. - 1 с.
13. Свиридов В.А. Современное состояние и перспективы развития средств буксировки воздушных судов / В.А. Свиридов, С.А. Косинов, Н.С. Калинин и др. // Материалы Международной НПК «Вопросы современных научных исследований». Научный журнал «Вестник современных исследований». - Омск, 2020. - № 2-1(32). - С. 34-41.
14. Спасибухов Ю.Н. Повышение эффективности буксировки самолетов с использованием чалочного (стартового) устройства / Ю.Н. Спасибухов, Д.В. Лиховидов // Материалы национальной НПК «Наука, образование и инновации в современном мире» - Воронеж, 2018. - С. 316-320.
15. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин: учебник для студентов машиностроительных специализированных вузов / Г.А. Смирнов. - Москва : Машиностроение, 1990. - 352 с.
16. Ульянов Н.А. Основы теории и расчета колесного движителя землеройных машин / Н.А. Ульянов. - Москва : Машгиз, 1962. - 208 с.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Velikanov A.V. Pomoshhnik samoleta [Aircraft assistant] / A.V. Velikanov, D.V. Lihovidov, D.E. Djakov et al. // Armejskij sbornik [Army Collection]. - 2020. - № 5. - Pp. 38-44. [in Russian]
2. Djakov D.E. Problemy jekspluatacii ajerodromnyh buksirovshhikov i puti ih reshenija [Problems of operation of airfield tugs and ways to solve them] / D.E. Djakov, D.V. Lihovidov, R.A. Machehin et al. // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija [Modern problems of science and education]. - 2014. - № 1. [Electronic resource]. URL: https:// science-education.ru/115-12123 (accessed: 18.11.2021). [in Russian]
3. Zacepin V.V. Povyshenie jeffektivnosti raboty ajerodromnogo buksirovshhika v nachal'nyj period dvizhenija [Improving the efficiency of the airfield towing vehicle in the initial period of movement] / V.V. Zacepin, I.V. Sajapin // Sbornik statej po materialam XXII mezhvuzovskoj NPK Perspektiva [Collection of articles based on the materials of the XXII interuniversity research and development complex Perspektiva]. - Voronezh : VUNC VVS «VVA», 2013. - Pp. 34-48. [in Russian]
4. Kanarchuk G.N. Aviacionnaja nazemnaja tehnika [Aviation ground equipment] / G.N. Kanarchuk. - Moscow : Transport, 1989, - Pp. 102-113. [in Russian]
5. Lihovidov D.V. Vybor rossijskih komplektujushhih dlja chalochnogo (startovogo) ustrojstva transportirovanija vozdushnyh sudov [The choice of Russian components for the pull (launch) device for transporting aircraft] / D.V. Lihovidov, N.S. Kalinin, V.A. Sviridov // Sbornik statej XI Mezhdunarodnoj NPK «Aktual'nye voprosy sovremennoj nauki i obrazovanija» [Collection of articles of the XI International SPC «Topical issues of modern science and education»]. - Penza, 2021. - Pp. 67-71. [in Russian]
6. Petrenko A.M. Raschet tjagovo-skorostnyh svojstv toplivnoj jekonomichnosti specializirovannyh transportnyh sredstv [Calculation of traction and speed properties of specialized vehicles fuel efficiency] / A.M. Petrenko. - Moscow : MADI, 2013. - 74 p. [in Russian]
7. Pat. RF № 2505460 MPK 7 B64F 1/22. Sposob buksirovki vozdushnyh sudov [Aircraft towing method] / A.V. Velikanov, E.V. Nosov, S.V. Lazarev, D.V. Lihovidov (RF); the applicant': FGOU VPO «Military Aviation Engineering University» (Voronezh) of the Ministry of Defense of the Russian Federation. - publ. 27/01/2014, Bul. № 3. - 6 p. [in Russian]
8. Pat. RF № 2654240 MPK 7 B64F 1/22. Ustrojstvo dlja transportirovanija vozdushnyh sudov [Device for transporting aircraft] / A.V. Velikanov, D.E. D'jakov, I.V. Sajapin, D.V. Lihovidov (RF); the applicant: FGVKOU VPO «Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» (Voronezh). - publ. 17/05/2018, Bul. № 14. - 8 p. [in Russian]
9. Pikalov A.D. Puti razvitija sredstv transportirovanija samoletov [Ways of means of transporting aircraft development] / A.D. Pikalov, N.S. Kalinin, D.V. Lihovidov // Materialy Mezhdunarodnoj NPK «Nauka segodnja: zadachi i puti reshenija», Nauchnyj centr «Disput» [Materials of the International Research and Production Association « Science Today: Tasks and Solutions», Scientific Center «Dispute»]. - Vologda, 2021. - Pp. 24-26. [in Russian]
10. O podtverzhdenii proizvodstva promyshlennoj produkcii na territorii RF [On confirmation of the production of industrial products on the territory of the Russian Federation] : Decree of the Russian Federation Government of 17/07/2015 № 719. [in Russian]
11. Sajapin I.V. Metodika ocenki jeffektivnosti ispol'zovanija tormoznyh kolodok dlja povyshenija tjagovyh vozmozhnostej buksirovshhika, oborudovannogo startovym ustrojstvom [Methodology for evaluating the efficiency of using brake pads to increase the traction capabilities of a towing vehicle equipped with a starting device] / I.V. Sajapin, A.V. Velikanov // Nauchnoe obozrenie. Tehnicheskie nauki [Scientific Review. Technical science]. - 2014. - № 2. - Pp.144-145. [Electronic resource]. URL: https://science-engineering.ru/article/view?id=579(accessed: 18.11.2021). [in Russian]
12. Svidetel'stvo na programmu dlja JeVM № 2021612053 RF. Programma rascheta vneshnej skorostnoj harakteristiki transportnogo sredstva [Certificate for the computer program No. 2021612053 RF. The program for calculating the external speed characteristics of the vehicle] / D.E. D'jakov, D.V. Lihovidov, L.A. Velikanova; the applicant D'jakov D.E. - appl. 25/01/2021; publ. 10/02/2021. - 1 p. [in Russian]
13. Sviridov V.A. Sovremennoe sostojanie i perspektivy razvitija sredstv buksirovki vozdushnyh sudov [The current state and prospects for the development of aircraft towing facilities] / V.A. Sviridov, S.A. Kosinov, N.S. Kalinin et al. // Materialy Mezhdunarodnoj NPK «Voprosy sovremennyh nauchnyh issledovanij». Nauchnyj zhurnal «Vestnik sovremennyh issledovanij» [Proceedings of the International SPC «Issues of modern scientific research». Scientific journal «Bulletin of Modern Research»]. -Omsk, 2020. - № 2-1(32). - Pp. 34-41. [in Russian]
14. Spasibuhov J.N. Povyshenie jeffektivnosti buksirovki samoletov s ispol'zovaniem chalochnogo (startovogo) ustrojstva [Improving the efficiency of aircraft towing using a pull (start) device] / J.N. Spasibuhov, D.V. Lihovidov // Materialy nacional'noj NPK «Nauka, obrazovanie i innovacii v sovremennom mire» [Materials of the national NPC «Science, education and innovation in the modern world»]. - Voronezh, 2018. - Pp. 316-320. [in Russian]
15. Smirnov G.A. Teorija dvizhenija kolesnyh mashin: uchebnik dlja studentov mashinostroitel'nyh specializirovannyh vuzov [Theory of wheeled vehicles motion: Textbook for students of specialized engineering universities] / G.A. Smirnov. - Moscow : Mashinostroenie, 1990. - 352 p. [in Russian]
16. Ul'janov N.A. Osnovy teorii i rascheta kolesnogo dvizhitelja zemlerojnyh mashin [Fundamentals of the theory and calculation of the wheel mover of earth-moving machines] / N.A. Ul'janov. - Moscow : Mashgiz, 1962. - 208 p. [in Russian]
