Аэродинамический механизм , или тормозной механизм , представляет собой механическую систему, используемую для быстрого замедления самолета при приземлении . Арестовочные средства на авианосцах являются важным компонентом морской авиации и чаще всего используются на авианосцах CATOBAR и STOBAR . Подобные системы также имеются на наземных аэродромах для экспедиционного или экстренного использования. Типичные системы состоят из нескольких стальных тросов, проложенных поперек посадочной площадки самолета и предназначенных для захвата хвостовым крюком самолета . Во время нормальной остановки хвостовой крюк зацепляется за трос, и кинетическая энергия самолета передается гидравлическим системам демпфирования, прикрепленным под палубой носителя. Существуют и другие подобные системы, которые используют сети для захвата крыльев или шасси самолета . Эти системы баррикад и барьеров используются только для экстренной остановки самолетов без действующих хвостовых крюков.
Тросовые системы задержания были изобретены Хью Робинсоном [ когда? ] и были использованы Юджином Эли при его первой посадке на корабль — броненосный крейсер USS Pennsylvania 18 января 1911 года. В этих ранних системах тросы проходили через шкивы и крепились к мертвым грузам, таким как мешки с песком. В июне 1931 года на корабле HMS Courageous были испытаны более современные тормозные тросы , разработанные командиром К.С. Митчеллом . [1]
На современных авианосцах ВМС США установлено тормозное устройство Mark 7 Mod 3, которое способно восстанавливать самолет массой 50 000 фунтов (23 т) на скорости захвата 130 узлов (240 км/ч; 150 миль в час) на расстоянии 344 фута (105 м) за две секунды. [2] : 52 Система рассчитана на поглощение теоретической максимальной энергии в 47,5 миллионов футо-фунтов (64,4 МДж) при максимальном биении кабеля.
До введения наклонной кабины экипажа использовались две системы (помимо палубных тросов), чтобы предотвратить столкновение приземляющегося самолета с припаркованным самолетом дальше вперед по кабине экипажа: барьер и баррикада. Если хвостовой крюк самолета не зацепится за трос, его шасси будет зацеплено сеткой высотой 3–4 фута (0,91–1,22 м), известной как барьер . Если бы самолет зацепился за трос при приземлении, барьер можно было бы быстро опустить, чтобы позволить самолету проехать через него. Последней сетью безопасности была баррикада , большая сетка высотой 15 футов (4,6 м), которая предотвращала столкновение приземляющегося самолета с другими самолетами, припаркованными на носу. Барьеры больше не используются, хотя наземные тормозные устройства иногда называют «барьерами». Баррикады до сих пор используются на борту авианосцев, но их оборудуют и используют только в чрезвычайных ситуациях.
Обычная остановка происходит, когда стопорный крюк приближающегося самолета зацепляется за одну из палубных подвесок. [3] При зацеплении садящегося самолета с палубной подвеской сила поступательного движения приземляющегося самолета передается на опорный трос, который через шкивы подводится к тормозному двигателю, расположенному в машинном отделении под кабиной экипажа или на по обе стороны взлетно-посадочной полосы. По мере вытягивания палубной подвески и поддерживающего троса у задерживаемого самолета кинетическая энергия самолета передается в механическую энергию тросов, а тормозной двигатель передает механическую энергию тросов в гидравлическую энергию. Эта классическая система гидравлического торможения теперь заменяется системой, использующей электромагнетизм, где поглощение энергии контролируется турбоэлектрическим двигателем. Тормозной двигатель обеспечивает плавную и контролируемую остановку приземляющегося самолета. По завершении фиксации стопорный крюк самолета высвобождается из палубной подвески, которая затем убирается в нормальное положение.
_Fleet_Ex_1990_DN-ST-90-05264.jpg/1280px-VA-34_KA-6D_Intruder_tailhook_approaching_arresting_cable_on_USS_Dwight_D._Eisenhower_(CVN-69)_Fleet_Ex_1990_DN-ST-90-05264.jpg)
Современные авианосцы обычно имеют три или четыре страховочных троса, проложенных через зону приземления. Все американские авианосцы класса «Нимиц » , наряду с «Энтерпрайзом» , имеют четыре провода, за исключением авианосцев « Рональд Рейган» и « Джордж Буш-старший» , у которых их всего три. [4] Авианосцев класса Джеральд Р. Форд также будет три. Пилоты стремятся использовать второй провод для трехпроводной конфигурации или третий провод для четырехпроводной конфигурации, чтобы снизить риск короткого приземления. Самолеты, заходящие на посадку на авианосец, находятся на полном газу примерно на 85%. При приземлении пилот переводит рычаги управления дроссельной заслонкой в военный режим (MIL). В самолетах F/A-18E/F Super Hornet и EA-18G Growler самолет автоматически снижает тягу двигателя до 70%, как только обнаруживается замедление при успешной остановке. Эту функцию пилот может отключить, выбрав максимальный форсаж. Если самолету не удается зацепиться за стопорный трос (состояние, известное как « болтер »), у самолета достаточно мощности, чтобы продолжить движение по наклонной кабине экипажа и снова подняться в воздух. Как только тормозной механизм останавливает самолет, пилот возвращает дроссели в положение холостого хода, поднимает крюк и выруливает.
Помимо американских CVN (атомных авианосцев ), действующими или перспективными авианосцами, оснащенными аэрофинишными средствами, являются французский « Шарль де Голль» , российский «Адмирал Кузнецов» , китайский « Ляонин », а также индийский « Викрамадитья ».
На наземных военных аэродромах, где эксплуатируются истребители или учебно- тренировочные самолеты, также используются системы аэрофинишеров, хотя они не требуются для всех приземлений. Вместо этого они используются для посадки самолетов на короткие или временные взлетно-посадочные полосы или в чрезвычайных ситуациях, связанных с отказом тормозов, проблемами с рулевым управлением или другими ситуациями, в которых использование всей длины взлетно-посадочной полосы невозможно или безопасно. Существует три основных типа наземных систем: постоянные, экспедиционные и инерционные.
Постоянные системы установлены почти на всех военных аэродромах США, на которых эксплуатируются истребители или учебно-тренировочные самолеты. Экспедиционные системы аналогичны постоянным системам и используются для посадки самолетов на короткие или временные взлетно-посадочные полосы. Экспедиционные системы рассчитаны на установку или демонтаж всего за несколько часов.
В качестве резервной системы обычно используется обгонное устройство, состоящее из крючковых тросов и/или эластичных сетей, известных как барьеры. Барьерные сети захватывают крылья и фюзеляж самолета и используют тормозной двигатель или другие методы, такие как якорные цепи или связки тканого текстильного материала, для замедления самолета. На некоторых наземных аэродромах, где зона вылета невелика, используется серия бетонных блоков, называемая системой сдерживания инженерных материалов (EMAS). Эти материалы используются для захвата шасси самолета и замедления его за счет сопротивления качению и трения. Летательные аппараты останавливаются за счет передачи энергии, необходимой для разрушения блоков. В отличие от других типов аэрофинишеров, EMAS также используется в некоторых гражданских аэропортах, где зона облета короче, чем обычно допускается.
Впервые барьер на военном аэродроме был использован во время Корейской войны , когда реактивным истребителям приходилось действовать с более коротких аэродромов, где не было права на ошибку. Используемая система представляла собой всего лишь пересадку барьера Дэвиса, используемого на авианосцах с прямой палубой, чтобы предотвратить столкновение любого самолета, не зацепившегося за тормозные тросы, с самолетом, припаркованным перед посадочной площадкой. Но вместо более сложной гидравлической системы, используемой на авианосцах для остановки самолета при столкновении с барьером, в наземной системе использовались тяжелые корабельные якорные цепи, чтобы остановить самолет. [5]
Основными системами, составляющими типичное тормозное устройство, являются крюковый трос или подвески, покупные тросы или ленты, шкивы и тормозные двигатели. [6]
Поперечные подвески, также известные как тормозные тросы или тросы, представляют собой гибкие стальные тросы, которые протягиваются через зону приземления и зацепляются стопорным крюком приближающегося самолета. На авианосцах имеется три или четыре троса, пронумерованных 1–4, от кормы вперед. Подвески изготовлены из троса диаметром 1, 1 .+1 ⁄ 4 или 1+3 ⁄ дюйма (25, 32 или 35 мм). Каждый трос состоит из множества прядей, скрученных вокруг промасленного пенькового центрального сердечника, который обеспечивает «подушку» для каждой пряди, а также обеспечивает смазку троса. Концы кабеля снабжены концевыми муфтами, предназначенными для быстрого отсоединения при замене и имеют возможность быстрого отсоединения и замены (на авианосцах примерно за 2–3 минуты). [6] На американских авианосцах тормозные тросы снимаются и заменяются после каждых 125 задержанных приземлений. [7] Отдельные тросы часто снимают и оставляют «зачищенными» для проведения технического обслуживания других компонентов аэрофинишера во время подъема самолета (с использованием других онлайн-систем). Проволочные опоры приподнимают подвески палубы на несколько дюймов, чтобы их можно было подхватить хвостовым крюком приземляющегося самолета. Проволочные опоры на носителях представляют собой просто изогнутые стальные листовые рессоры, которые могут изгибаться, позволяя самолету рулить над установленной палубной подвеской. В наземных системах резиновые опоры в форме «бублика» диаметром 15 см поднимают кабель над поверхностью взлетно-посадочной полосы примерно на 7,5 см. [8]
Покупной трос представляет собой трос, внешне очень похожий на стопорный трос. Однако они намного длиннее и не предназначены для легкого удаления. В каждом защитном тросе имеется два приобретаемых троса, которые подключаются к каждому концу защитного троса. Покупные тросы соединяют тормозной трос с двигателями тормозного механизма и «действуют», когда тормозной трос зацепляется самолетом. Когда приближающийся самолет зацепляется за палубную подвеску, опорный трос передает усилие приземляющегося самолета от палубного шасси к тормозному двигателю. Подвеска (фиксирующая проволока) «обжимается» (прикрепляется) к покупному кабелю с помощью петли, созданной из цинка , нагретого до 1000 °F (538 °C). Это бортовое изготовление считается опасным, и сообщается, что ВМС США тестируют использование автоматического пресса для более безопасного выполнения. [2] : 56 [6] В наземных системах вместо покупных кабелей используются тяжелые нейлоновые ленты, но они выполняют ту же функцию.
Купленные кабели или ленты прокладываются через шкивы в кабине экипажа или вдоль взлетно-посадочной полосы к тормозным двигателям. Демпферные шкивы действуют как гидравлические амортизаторы, обеспечивающие повышенную посадочную скорость.
В 1957 году концепция поршня, протягиваемого через трубку с водой, впервые была использована в качестве дешевой тормозной системы для наземных авиабаз. [9] В начале 1960-х годов британцы взяли эту базовую концепцию и разработали тормозную систему распылительного типа для использования как на суше, так и на море. Двигатель имел гидравлические цилиндры, которые перемещались по трубе, наполненной водой, а рядом с ней располагалась труба меньшего размера, имеющая по длине отверстия разного размера. Королевский флот заявил, что теоретического ограничения по весу не существует, но существует ограничение скорости. [10]
_971106-N-6939M-269.jpg/1280px-VFA-147_FA-18C_Hornet_catching_arresting_wire_on_USS_Nimitz_(CVN-68)_971106-N-6939M-269.jpg)
Каждый подвесной двигатель имеет собственные системы двигателей, которые поглощают и рассеивают энергию, возникающую при остановке приземляющегося самолета. На американских авианосцах класса «Нимиц» используются гидропневматические системы, каждая весом 43 коротких тонны (39 т ), в которых масло гидравлически вытесняется из цилиндра с помощью домкрата, соединенного с погрузочным тросом, через регулирующий клапан. [2] : 52 [6] Важным достижением в области аэрофинишеров стал клапан регулирования постоянного биения, который контролирует поток жидкости из цилиндра двигателя в аккумулятор и предназначен для остановки всех самолетов с одинаковым биением, независимо от массы и скорость. Вес самолета устанавливается оператором каждого тормозного двигателя. Во время нормальной работы для простоты используется «единая настройка веса». Этот вес обычно является максимальным посадочным или «максимальным весом ловушки» самолета. В определенных случаях, обычно при неисправностях самолета, которые влияют на скорость захода на посадку, используется «единая настройка веса», чтобы обеспечить правильное поглощение энергии системой. Вес самолета оператору сообщает офицер службы первичного управления полетом. Затем оператор устанавливает регулирующий клапан постоянного биения на соответствующую настройку веса для этого самолета. Давление тормозного механизма двигателя остается постоянным и составляет около 400 фунтов на квадратный дюйм (2800 кПа). Клапан постоянного биения (CROV) останавливает самолет, а не гидравлическое давление. [ нужна цитата ]
Постоянные и экспедиционные наземные системы обычно состоят из двух тормозных двигателей, расположенных по обе стороны взлетно-посадочной полосы. Аэродинамические двигатели прикладывают тормозное усилие к катушкам с кассетами, которые, в свою очередь, замедляют самолет и останавливают его. Двумя наиболее распространенными методами, используемыми наземными тормозными двигателями для приложения тормозного усилия, являются роторный фрикционный тормоз и роторно-гидравлическая система, или «водяной смерч». Ротационный фрикционный тормоз представляет собой просто гидравлический насос, соединенный с барабаном, который подает постепенное давление на многодисковые тормоза, установленные на барабане. Роторная гидравлическая система представляет собой турбину внутри корпуса, заполненного водой/гликолем, соединенную с барабаном. Турбулентность, создаваемая турбиной в смеси воды и гликоля во время остановки, обеспечивает сопротивление замедлению барабана и остановке самолета. После освобождения самолета от троса ленты и трос убираются с помощью двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя, установленного на тормозном двигателе. [ нужна цитата ]
Чрезмерное биение во время остановки — это состояние, известное как «два блока». Это название происходит от военно-морского жаргона, когда вся леска протянута через систему шкивов, два блока шкивов соприкасаются, следовательно, «два заблокированы». Чрезмерное биение может быть вызвано неправильной настройкой тормозного механизма, избыточной полной массой самолета, избыточной скоростью взаимодействия самолета или избыточной тягой самолета, приложенной во время остановки. Приземление со смещением от центра также сопряжено с опасностью повреждения тормозного механизма. [ нужна цитата ]
Электромагниты используются в новой системе Advanced Arresting Gear (AAG) на американских авианосцах. Текущая система (вверху) использует гидравлику для замедления и остановки приземляющегося самолета. Несмотря на то, что гидравлическая система эффективна, что подтверждается более чем пятидесятилетним опытом внедрения, система AAG предлагает ряд улучшений. Существующая система не способна захватывать беспилотные летательные аппараты (БПЛА), не повреждая их из-за экстремальных нагрузок на планер. БПЛА не имеют необходимой массы для привода в движение большого гидравлического поршня, используемого для удержания более тяжелых пилотируемых самолетов. Используя электромагнетизм, поглощение энергии контролируется турбоэлектрическим двигателем. Это делает ловушку более плавной и уменьшает удары по планеру. Несмотря на то, что с кабины экипажа система будет выглядеть так же, как и ее предшественница, она будет более гибкой, безопасной и надежной и потребует меньше обслуживания и персонала. [11] Эта система проходит испытания на авианосце USS Gerald R. Ford и будет установлена на всех авианосцах класса Gerald R. Ford .
_animation.gif/1280px-US_Navy_DN-SC-93-04867_to_04876_S-3A_Viking_emergency_landing_USS_Abraham_Lincoln_(CVN-72)_animation.gif)
Баррикада — это система экстренного восстановления, используемая только в том случае, если обычный (подвесной) арест не может быть произведен. Баррикада обычно находится в походном состоянии и монтируется только при необходимости. Для устройства баррикады ее натягивают поперек кабины экипажа между стойками, поднятыми из кабины экипажа. Монтаж баррикад обычно практикуется персоналом летной палубы американского авианосца; хорошо обученный экипаж может выполнить задачу менее чем за три минуты. [6]
Лента баррикады состоит из верхних и нижних горизонтальных погрузочных ремней, соединенных между собой на концах. Пять вертикальных фиксирующих ремней, расположенных на расстоянии 20 футов (6,1 м) друг от друга, подсоединены к каждому верхнему и нижнему грузовому ремню. Лента баррикады поднята на высоту примерно 20 футов. Лента баррикады зацепляется с крыльями приземляющегося самолета, при этом энергия от ленты баррикады через поддерживающий трос передается на тормозной двигатель. После блокировки баррикадами лямки и палубные тросы выбрасываются, а стойки опускаются обратно в утопленные пазы. Бои на баррикадах редки, поскольку хвостовые крюки спроектированы так, чтобы быть чрезвычайно надежными, и самолет, возвращающийся из боя с такими серьезными повреждениями, скорее всего, не сможет приземлиться. Это устройство установлено на всех американских авианосцах и на французском « Шарль де Голль» , тогда как на бразильских авианосцах CATOBAR, а также на российских и индийских авианосцах STOBAR установлены только обычные аэрофинишеры. [ нужна цитата ]
