Тормозное устройство , или тормозное устройство , представляет собой механическую систему, используемую для быстрого замедления самолета при посадке . Тормозное устройство на авианосцах является важным компонентом морской авиации и чаще всего используется на авианосцах CATOBAR и STOBAR . Аналогичные системы также встречаются на наземных аэродромах для экспедиционного или аварийного использования. Типичные системы состоят из нескольких стальных тросов, проложенных поперек посадочной площадки самолета, предназначенных для захвата хвостовым крюком самолета . Во время обычного торможения хвостовой крюк зацепляет трос, и кинетическая энергия самолета передается гидравлическим системам амортизации, закрепленным под палубой авианосца. Существуют и другие родственные системы, которые используют сети для захвата крыльев или шасси самолета . Эти системы баррикад и заграждений используются только для аварийного торможения самолетов без действующих хвостовых крюков.
Системы арестовочных тросов были изобретены Хью Робинсоном [ когда? ] и использовались Юджином Эли во время его первой высадки на корабль — броненосный крейсер USS Pennsylvania , 18 января 1911 года. Эти ранние системы имели тросы, пропущенные через шкивы и прикрепленные к мертвым грузам, таким как мешки с песком. Более современные арестовочные тросы были испытаны на HMS Courageous в июне 1931 года, разработанные командиром CC Mitchell . [1]
Современные авианосцы ВМС США оснащены аэрофинишером Mark 7 Mod 3, который способен поднять самолет массой 50 000 фунтов (23 тонны) на скорости 130 узлов (240 км/ч; 150 миль/ч) на расстояние 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 вылете троса.
До введения наклонной полетной палубы использовались две системы (в дополнение к палубным тросам) для предотвращения столкновения приземляющихся самолетов с припаркованными самолетами дальше по полетной палубе: барьер и баррикада. Если хвостовой крюк самолета не зацеплялся за провод, его шасси захватывалось сеткой высотой 3–4 фута (0,9–1,2 м), известной как барьер . Если самолет зацеплялся за провод при приземлении, барьер можно было быстро опустить, чтобы позволить самолету прорулить через него. Последней защитной сеткой была баррикада , большая сетка высотой 15 футов (5 м), которая не позволяла приземляющимся самолетам врезаться в другие самолеты, припаркованные на носу. Барьеры больше не используются, хотя наземные тормозные устройства иногда называют «барьерами». Баррикады все еще используются на борту авианосцев, но они устанавливаются и используются только в чрезвычайных ситуациях.
Нормальная останова достигается, когда тормозной крюк прибывающего самолета зацепляет один из палубных подвесок. [3] Когда приземляющийся самолет зацепляет палубный подвес, сила поступательного движения приземляющегося самолета передается на трос, который направляется через шкивы к тормозному двигателю, расположенному в машинном отделении под полетной палубой или по обе стороны от взлетно-посадочной полосы. Когда палубный подвес и трос вытягиваются тормозящимся самолетом, кинетическая энергия самолета преобразуется в механическую энергию кабелей, а тормозной двигатель преобразует механическую энергию кабелей в гидравлическую энергию. Эта классическая система гидравлического ареста теперь вытесняется системой, использующей электромагниты, где поглощение энергии контролируется турбоэлектрическим двигателем. Тормозной двигатель обеспечивает плавную, контролируемую остановку приземляющегося самолета. По завершении ареста тормозной крюк самолета отсоединяется от палубного подвески, которая затем убирается в свое 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 троса для остановки, проложенных по всей зоне приземления. Все американские авианосцы класса Nimitz , а также Enterprise , имеют четыре троса, за исключением USS Ronald Reagan и USS George HW Bush , у которых их всего три. [4] Авианосцы класса Gerald R. Ford также будут иметь три троса. Пилоты стремятся ко второму проводу для трехпроводной конфигурации или третьему проводу для четырехпроводной конфигурации, чтобы снизить риск короткой посадки. Самолеты, заходящие на посадку на авианосец, находятся примерно на 85% от полного газа. При приземлении пилот переводит дроссели на военный (MIL) режим. В самолетах F/A-18E/F Super Hornet и EA-18G Growler самолет автоматически снижает тягу двигателя до 70% после обнаружения замедления успешного торможения. Эту функцию пилот может отменить, выбрав максимальный форсаж. Если самолет не зацепится за трос-аусер, состояние, известное как « болтер », у самолета достаточно мощности, чтобы продолжить движение по наклонной палубе и снова подняться в воздух. Как только аэрофинишер останавливает самолет, пилот возвращает дроссели в положение малого газа, поднимает крюк и выруливает.
Помимо американских атомных авианосцев (АА), действующими или будущими авианосцами, оснащенными аэрофинишерами, являются французский «Шарль де Голль» , российский «Адмирал Кузнецов» , китайские «Ляонин» , «Шаньдун» и «Фуцзянь», а также индийские «Викрамадитья» и «Викрант» .
Наземные военные аэродромы, эксплуатирующие истребители или реактивные учебные самолеты, также используют системы аэрофинишеров, хотя они не требуются для всех посадок. Вместо этого они используются для посадки самолетов на короткие или временные взлетно-посадочные полосы или в чрезвычайных ситуациях, связанных с отказом тормозов, проблемами рулевого управления или другими ситуациями, в которых использование всей длины взлетно-посадочной полосы невозможно или небезопасно. Существует три основных типа наземных систем: постоянные, экспедиционные и аэрофинишеры.
Постоянные системы установлены почти на всех военных аэродромах США, где эксплуатируются истребители или реактивные учебные самолеты. Экспедиционные системы похожи на постоянные и используются для посадки самолетов на короткие или временные взлетно-посадочные полосы. Экспедиционные системы предназначены для установки или демонтажа всего за несколько часов.
В качестве резервной системы обычно используются устройства для остановки, состоящие из тросов с крючками или эластичных сеток, известных как барьеры. Сети для остановки захватывают крылья и фюзеляж самолета и используют тормозной двигатель или другие методы, такие как якорные цепи или пучки тканого текстильного материала, чтобы замедлить самолет. На некоторых наземных аэродромах, где зона остановки короткая, используется ряд бетонных блоков, называемых системой остановки из инженерных материалов (EMAS). Эти материалы используются для захвата шасси самолета и замедления его за счет сопротивления качению и трения. Самолеты останавливаются путем передачи энергии, необходимой для разрушения блоков. В отличие от других типов тормозных устройств, EMAS также используется в некоторых гражданских аэропортах, где зона остановки короче, чем обычно допускается.
Первое использование барьера на военном аэродроме было во время Корейской войны , когда реактивным истребителям приходилось действовать с более коротких аэродромов, где не было права на ошибку. Используемая система была просто трансплантацией барьера Дэвиса, используемого на авианосцах с прямой палубой, чтобы не дать любому самолету, который промахнулся мимо тросов, врезаться в самолет, припаркованный впереди посадочной площадки. Но вместо более сложной гидравлической системы, используемой на авианосцах для остановки самолета при ударе о барьер, наземная система использовала тяжелые корабельные якорные цепи для остановки самолета. [5]
Основными системами, составляющими типичное тормозное устройство, являются крюковой трос или подвески, тросы или ленты, шкивы и тормозные двигатели. [6]
Также известные как тормозные тросы или провода, кросс-палубные шкентели представляют собой гибкие стальные тросы, которые натянуты поперек посадочной площадки, чтобы зацепиться за тормозной крюк приближающегося самолета. На авианосцах есть три или четыре троса, пронумерованные от 1 до 4 от кормы к носу. Шкентели сделаны из стального троса диаметром 1, 1+1 ⁄ 4 или 1+3 ⁄ 8 дюйма (25, 32 или 35 мм). Каждый трос состоит из множества прядей, скрученных вокруг промасленного пенькового центрального сердечника, который обеспечивает «амортизацию» для каждой пряди, а также обеспечивает смазку кабеля. Концы троса оснащены концевыми муфтами, предназначенными для быстрого отсоединения во время замены, и могут быть быстро отсоединены и заменены (примерно за 2–3 минуты на авианосцах). [6] На американских авианосцах тормозные тросы снимаются и заменяются после каждых 125 задержанных посадок. [7] Отдельные тросы часто снимаются и остаются «зачищенными» для выполнения технического обслуживания других компонентов тормозного устройства во время восстановления самолета (с использованием других, онлайновых, систем). Опоры тросов поднимают палубные подвески на несколько дюймов, чтобы их можно было подхватить хвостовым крюком приземляющегося самолета. Опоры тросов на авианосцах представляют собой просто изогнутые стальные листовые пружины, которые могут изгибаться, позволяя самолету рулить над установленным палубным подвесным устройством. В наземных системах резиновые опоры в форме «бублика» диаметром 6 дюймов (15 см) приподнимают кабель над поверхностью взлетно-посадочной полосы примерно на 3 дюйма (7,5 см). [8]
Трос покупки — это проволочный трос, который очень похож на трос для остановки. Однако они намного длиннее и не предназначены для легкого удаления. На каждый трос для остановки приходится два троса для остановки, и они подключаются к каждому концу троса для остановки. Тросы для остановки соединяют трос для остановки с двигателями тормозного устройства и «разматываются», когда трос для остановки зацепляется самолетом. Когда входящий самолет зацепляется за палубный шкентель, трос для остановки передает усилие приземляющегося самолета от палубного устройства к двигателю для остановки. Шкентель (трос для остановки) «обжимается» (прикрепляется) к тросу для остановки с помощью петли, созданной с помощью цинка, нагретого до 1000 °F (540 °C). Такое бортовое изготовление считается опасным, и сообщается, что ВМС США испытывают использование автоматизированного пресса, чтобы сделать это более безопасно. [2] : 56 [6] В наземных системах вместо тросов для остановки используются тяжелые нейлоновые ленты, но они выполняют ту же функцию.
Купите кабели или ленты, проложенные через шкивы в кабине экипажа или вдоль взлетно-посадочной полосы к тормозным двигателям. Шкивы демпфера действуют как гидравлические амортизаторы, которые обеспечивают повышенную скорость приземления.
В 1957 году концепция поршня, протягиваемого через трубку с водой, была впервые предложена в качестве дешевой системы тормозного механизма для наземных авиабаз. [9] В начале 1960-х годов британцы взяли эту базовую концепцию и разработали систему тормозного механизма распылительного типа для использования как на суше, так и на море. Двигатель имел гидравлические цилиндры, которые двигались через заполненную водой трубу, с меньшей трубой рядом, которая имела отверстия разного размера по всей длине. Королевский флот утверждал, что не существует теоретического ограничения по весу, но есть ограничение по 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 свои собственные системы двигателей, которые поглощают и рассеивают энергию, вырабатываемую при остановке приземляющегося самолета. На американских авианосцах класса Nimitz используются гидропневматические системы, каждая весом 43 коротких тонны (39 т ), в которых масло гидравлически выдавливается из цилиндра плунжером, соединенным с тросом покупки, через регулирующий клапан. [2] : 52 [6] Главным достижением в области аэрофинишеров стал клапан управления постоянным выбегом, который управляет потоком жидкости из цилиндра двигателя в аккумулятор и предназначен для остановки всех самолетов с одинаковым выбегом независимо от массы и скорости. Вес самолета устанавливается оператором каждого двигателя аэрофинишера. Во время нормальной работы для простоты используется «единая настройка веса». Этот вес обычно является максимальным посадочным или «максимальным ловушковым» весом для самолета. В определенных случаях, обычно при неисправностях самолета, которые влияют на скорость захода на посадку, используется «единая настройка веса», чтобы обеспечить надлежащее поглощение энергии системой. Оператору сообщается вес самолета от офицера по управлению полетами в первичном центре управления. Затем оператор устанавливает клапан управления постоянным выбегом на соответствующую настройку веса для этого самолета. Настройка давления для двигателя аэрофинишера остается на постоянном давлении около 400 фунтов на квадратный дюйм (2800 кПа). Клапан постоянного выбега (CROV) останавливает самолет, в отличие от гидравлического давления. [ необходима цитата ]
Постоянные и экспедиционные наземные системы обычно состоят из двух тормозных двигателей, расположенных по обе стороны взлетно-посадочной полосы. Тормозные двигатели применяют тормозное усилие к катушкам, удерживающим ленты покупки, которые, в свою очередь, замедляют самолет и останавливают его. Два наиболее распространенных метода, используемых наземными тормозными двигателями для применения тормозного усилия, — это вращающийся фрикционный тормоз и вращающаяся гидравлическая, или «водяная твистерная», система. Вращающийся фрикционный тормоз — это просто гидравлический насос, соединенный с катушкой, который подает градуированное давление на многодисковые тормоза, установленные на катушке. Вращающаяся гидравлическая система представляет собой турбину внутри заполненного водой/гликолем корпуса, соединенного с катушкой. Турбулентность, создаваемая турбиной в смеси воды/гликоля во время торможения, обеспечивает сопротивление для замедления катушки и остановки самолета. После того, как самолет освобождается от троса, ленты и трос втягиваются двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем, установленным на тормозном двигателе. [ необходима цитата ]
Чрезмерное биение во время торможения — это состояние, известное как «два блока». Это название произошло от военно-морского жаргона, когда вся линия протянута через систему шкивов, два блока шкивов соприкасаются, отсюда и «два заблокированных». Чрезмерное биение может быть вызвано неправильными настройками тормозного устройства, избыточным весом брутто самолета, избыточной скоростью зацепления самолета или избыточной тягой самолета, применяемой во время торможения. Посадки не по центру также несут опасность повреждения тормозного устройства. [ необходима цитата ]
Электромагниты используются в новой системе Advanced Arresting Gear (AAG) на американских авианосцах. Текущая система (выше) использует гидравлику для замедления и остановки приземляющегося самолета. Хотя гидравлическая система эффективна, как показало более пятидесяти лет внедрения, система AAG предлагает ряд улучшений. Текущая система не способна захватывать беспилотные летательные аппараты (БПЛА), не повреждая их из-за экстремальных нагрузок на планер. БПЛА не имеют необходимой массы для приведения в действие большого гидравлического поршня, используемого для захвата более тяжелых пилотируемых самолетов. При использовании электромагнетизма поглощение энергии контролируется турбоэлектрическим двигателем. Это делает ловушку более плавной и снижает удары по плане самолета. Несмотря на то, что система будет выглядеть так же с летной палубы, как и ее предшественница, она будет более гибкой, безопасной и надежной и потребует меньшего обслуживания и персонала. [11] Эта система проходит испытания на 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 аварийная система восстановления, используемая только в случае, когда невозможно выполнить обычный (подвесной) арест. Баррикада обычно находится в сложенном состоянии и устанавливается только при необходимости. Чтобы установить баррикаду, ее натягивают поперек полетной палубы между стойками, которые поднимаются с полетной палубы. Установка баррикады — это обычная практика персонала летной палубы авианосца США; хорошо обученный экипаж может выполнить эту задачу менее чем за три минуты. [6]
Баррикады состоят из верхних и нижних горизонтальных ремней, соединенных друг с другом на концах. Пять вертикальных ремней, расположенных на расстоянии 20 футов (6 м) друг от друга, соединены с каждым верхним и нижним ремнем. Баррикады поднимаются на высоту примерно 20 футов. Баррикады зацепляют крылья приземляющегося самолета, при этом энергия передается от баррикад через трос на тормозной двигатель. После остановки баррикады, ремни и палубные тросы сбрасываются, а стойки опускаются обратно в свои утопленные пазы. Баррикады зацепляются редко, так как хвостовые крюки спроектированы так, чтобы быть чрезвычайно отказоустойчивыми, и самолет, возвращающийся из боя с такими серьезными повреждениями, скорее всего, не сможет приземлиться. Это устройство было установлено на всех американских авианосцах и на французском Charles de Gaulle , в то время как бразильские CATOBAR и российские и индийские STOBAR авианосцы имеют только обычные тормозные устройства. [ требуется ссылка ]
