Kočnice avionskih točkova i mogućnosti automatskog kočenja

Slika 1. - Avionski točak sa ugrađenim disk kočnicama

Zadaci kočnica avionskih točkova

Uloga kočnica avionskih točkova, koje se danas ugraduju skoro na svakom točku stajnog trapa savremenih aviona, svodi se, uglavnom, na rešenje tri osnovna zadatka:

• da skrate dužinu poletanja, a naročito dužinu sletanja aviona. Ovo kočenje je, međutim, posebno važno pri prinudnom sletanju aviona, a od vitalnog je značaja za savremene avione velikih težina i nosivosti, pogotovo ako su opterećeni maksimalno,

• da povećaju sposobnost upravljanja avionom na zemlji. Ova osobina je veoma važna za jednomotorne avione u kojih kočnice moraju obavezno da imaju diferencijalno dejstvo, tako da se kočenjem samo jednog točka može postići skoro trenutno okretanje aviona u mestu. U višemotornih aviona ova osobina je nešto manje aktuelna, pošto je za manevrisanje avionom na zemlji i izvođenje zaokreta moguće korišćenje i bočnih motora,

• da održe avion u mirovanju, kako pri parkiranju tako i pri probi motora na zemlji bez podmetača ispod točkova aviona, tj. zadržavanje aviona u mestu pri punoj vučnoj sili elise, odnosno potiska motora.

Slika 2. - Elementi disk kočnice avionskog točka
(1 - ulošci od frikcionog materijala; 2 - pokretni diskovi; 3 - nepokretni diskovi čvrsto spojeni sa osovinom točka; 4 - ploča kočnice sa radnim cilindrima; 5 - radni cilindri kočnice)

Kočenje se postiže na taj način što se neki nepokretni deo, koji se ne obrće oko osovine avionskog točka, već je čvrsto pričvršćena za nju (slika 2), pritiskuje uz telo točka koji se obrće, stvarajući, pri tome, silu trenja koja se suprotstavlja kinetičkoj energiji aviona za vreme njegovog kretanja po zemlji i pretvara istu u toplotnu. Ovo može da se vrši na razne načine: mehaničkim, hidrauličnim, pneumatskim, hidropneumatskim, električnim, pa čak i automatskim putem.

Slika 3. - Šematski prikaz mehaničkog pogona kočnica avionskih točkova
(1 - kočnica; 2 - čelično uže; 3 - koturovi; 4 – nožne pedale komande pravca; 5 - poluga kočnice; 6 - avionski točak)

Mehanički pogon kočnica avionskih točkova (slika 3) sastoji se iz sistema krutih ili mekih veza koji silu, kojom deluje pilot pri aktiviranju kočnica, povećavaju i prenose do segmenata kočnica.

Slika 4. - Šematski prikaz hidrauličnog pogona kočnica avionskih točkova
(1 - nepovratni ventil; 2 - nožna hidraulična pumpa; 3 - avionski točak; 4 - kočnica; 5 - reduktor pritiska hidro-ulja)

Pri hidrauličnom pogonu kočnica (slika 4) za pogon i povećanje sile koristi se hidro-ulje koje se iz glavnog kontrolnog kočećeg uređaja, pod komandom pilota, šalje pod pritiskom kroz cevovode ka radnim cilindrima kočnica, čiji klipovi prenose silu na segmente kočnica. Na nekim kočnicama (takozvanim komornim kočnicama sa hidrauličnim pogonom) umesto radnih cilindara kočnica upotrebljavaju se gumene komore sa segmentima na njihovoj spoljnoj strani, i to po čitavom obimu, usled čega se dobija maksimalno iskorišćenje tarućih površina kočnica, kao i njihovo ravnomerno specifično opterećenje.

Pneumatski pogon kočnica avionskih točkova (slika 5) sastoji se iz rezervoara sabijenog vazduha dobijenog iz kompresora, iz koga pilot, preko razvodnog uredaja i cevovoda, upućuje po potrebi sabijeni vazduh u radne cilindre kočnica, odnosno u gumene komore koje pritiskuju segmente i tako vrše kočenje avionskih točkova.

Slika 5. - Šematski prikaz pneumatskog pogona kočnice avionskih točkova (sa duplim pogonom)
(1 - kočnica; 2 - nožne pumpe; 3 – nepovratni ventil; 4 - rezervoar sabijenog vazduha; 5 - -reducir ventil; 6 - manometar; 7 - gipko crevo)

Hidropneumatski pogon kočnica (slika 6) sastavljen je, u stvari, iz hidrauličnog pogona kočnica kombinovanog sa pneumatskim, pri čemu je hidro-ulje, predviđeno za kočenje, smešteno u hidrauličnom akumulatoru koji se nalazi pod pritiskom sabijenog vazduha.

Slika 6. - Šematski prikaz hidro-pneumatskog pogona kočnica avionskih točkova
(1 - reduktor pritiska; 2 - kočnica; 3 - ručica razvodnika sabijenog vazduha; 4 - razvodnik sabijenog vazduha; 5 - nožne hidraulične pumpe; 6 - nероvratni hidraulični ventil; 7 - manometar sabijenog vazduha; 8 - rezervoar sabijenog vazduha; 9 - avionski točak)

Električni pogon kočnica (slika 7) javlja se kao rezultat indukcije električne struje pri njenom kretanju kroz magnetno polje.

Slika 7. - Električna kočnica avionskih točkova
(1 - prahobran; 2 - točkić za podešavanje zazora; 3 - kompenzator habanja; 4 - opruga za vraćanje elektromagneta; 5 - segmenti od frikcionog materijala; 6 - čelična papuča; 7 - elektromagnet)

Automatski pogon kočnica može da se vrši na jedan od gore pomenutih načina (obično putem hidro-ulja pod pritiskom), na bazi automatskog dejstva radnih cilindara kočnica, odnosno gumenih komora sa segmentima, a u zavisnosti od pritiska hidro-ulja u hidrauličnoj instalaciji kočnica i upotrebljenih parametara pri izboru vrste automatskog pogona kočnica.

Postoji, dakle, veliki broj tipova kočnica avionskih točkova, od kojih su neke po konstrukciji slične automobilskim kočnicama (odakle su prešle u vazduhoplovstvo), dok su druge specijalno građene za avione i tokom vremena usavršavane za što efikasnije kočenje. U svim tim konstrukcijama kočnice su bile smeštene, uglavnom, u unutrašnjosti tela točka, sem u iznimnim slučajevima.

Slika 8. - Točkovi savremenih aviona sa snažnim i sigurnim kočnicama

Potreba za ugrađivanjem kočnica na avionskim točkovima naročito je porasla u poslednje vreme, s obzirom na težine i aerodinamičke linije savremenih aviona, kao i relativno male otpore koji se, pri tome, javljaju (slika 8), tako da su se za takve savremene i teške avione počele graditi veoma snažne i sigurne kočnice smeštene u višetočkovnim stajnim organima (slika 9 i 10).

Zahvaljujući kočnicama, svojevremeno, u pionirsko doba vazduhoplovstva, omogućena je ugradnja kotrljajućih ležišta u avionske točkove, umesto dotadašnjih kliznih ležišta, što je u priličnoj meri pojednostavilo eksploataciju i uticalo na skraćenje zaleta pri poletanju aviona. Primena takvih kotrljajućih ležišta nije preporučljiva na avionskim točkovima koji nemaju ugrađene kočnice, jer bi se dužina sletanja aviona znatno povećala.

Zamenom drljače sa repnim točkom na avionima starijih tipova, koja je mogla da se izvrši zahvaljujući ugradnji kočnica u glavne točkove stajnih organa, odstranjena je mogućnost oštećivanja površine aerodroma, kako betonskih tako i travnatih. Pored toga, smanjeno je i naprezanje zadnjeg dela trupa aviona, što je omogućilo smanjenje njegove težine.

Kočnice avionskih točkova omogućavaju poletanje i sletanje aviona na male, ograničene aerodrome, jer se, na primer, pri sletanju sa upotrebom kočnica skraćuje dužina poletanja za oko 50-60%, što znatno povećava bezbednost sletanja aviona.

Proba avionskih motora na zemlji, bez podmetača ispod točkova aviona, može se izvršiti zahvaljujući upotrebi kočnica. Ovo je naročito važno pri pripremi aviona na startu za grupno poletanje, gde je potrebno održavati odredeno rastojanje između aviona, što je znatno olakšano upotrebom kočnica.

I na kraju, treba napomenuti i to da kočnice avionskih točkova daju mogućnost bezopasnog sletanja aviona sa relativno velikim brzinama, usled toga što je i dužina protrčavanja posle sletanja aviona sa ugrađenim kočnicama znatno kraća. Povećanje brzine sletanja omogućava konstrukciju krila manje noseće površine, što zajedno sa mehanizacijom krila u svrhu hiperpotiska povećava maksimalnu horizontalnu brzinu aviona i povoljno utiče i na manevarske sposobnosti aviona u letu.

Osnovni zahtevi koji se postavljaju kočnicama mogli bi se svesti, uglavnom, na sledeće: da su lake konstrukcije i da imaju snažno dejstvo i brzu reakciju.

Pored toga što treba da reaguju brzo, kočnice avionskih točkova treba da imaju i ravnomerno dejstvo, tj. postepeni porast sile trenja, tako da dejstvuju potpuno ravnomerno kada ih pilot upotrebi, bilo pri kočenju, bilo pri rasterećenju kočnice, ili pak pri diferencijalnom pokretanju kočnica.

Brzo uključivanje i isključivanje kočnica treba da bude obezbedeno tako, da maksimalno dozvoljeno vreme za upotrebu punog kočenja treba da iznosi oko 2s, a rasterećenje kočnica oko 1,5 s.

Kao najvažnije, kočnice treba da obezbede potreban maksimalni momenat kočenja za određeni prečnik doboša pri minimalnom naprezanju materijala.

Slika 9. - Izgled kompletnih višetočkovnih stajnih organa aviona »Victor«
(1 - avionski točak sa kočnicama; 2 - torziono ukrućenje; 3 - elastična noga; 4 - upornica)

Slika 10. - Izgled kompletnih višetočkovnih stajnih organa aviona »Valcan«
(1- avionski točkovi sa kočnicama; 2- torziono ukrućenje; 3 - elastična noga; 4 - upornica)

Kočnice avionskih točkova treba da imaju potpuno čiste taruće površine, kao i minimalno zagrevanje i habanje tarućih površina. Toplotna naprezanja treba da su u dozvoljenim granicama, tj. u granicama koje se kreću od 350 do 400°C.

Pri pravolinijskom kretanju aviona, dejstvo kočnica treba da bude potpuno sinhronizovano, tj. da se kočnice oba točka podjednako i istovremeno aktiviraju pri kočenju, jer bi u protivnom došlo do zaokretanja aviona. Pored toga, treba da bude obezbedena mogućnost kočenja svakog od glavnih avionskih točkova posebno, radi povećanja manevarske sposobnosti aviona na zemlji.

Kočeći uredaji ne treba da reaguju na eventualne deformacije trupa i krila, kao i na pomeranje avionskog točka i kočnica pri sabijanju amortizera stajnih organa. Oni treba da budu kompaktni i sigurni u eksploataciji, a naročito da imaju malu težinu, čvrstu konstrukciju i duži vek trajanja.

Težina savremenih kočećih uredaja iznosi približno 1,5 -1,8% ukupne težine aviona. Pod težinom kočećih uredaja podrazumeva se ukupna težina kompletno opremljenih točkova sa kočnicama i kočećim uredajima.

Automatsko kočenje avionskih točkova

Pojava prvih kočnica i njihova ugradnja u točkove aviona kod mnogih je izazvala strahovanje da će intenzivnije kočenje izazvati kapotiranje aviona. U to vreme ta su strahovanja bila donekle i opravdana, jer pri izradi stajnih organa nije bio dovoljno proučen problem pravilnog izbora osnovnih parametara stajnih organa, a iskustva u eksploataciji aviona sa ugradenim kočnicama praktično nisu postojala. Pri nepravilnom izboru parametara stajnih organa, uzdužna stabilnost aviona nije bila dovoljno velika, a pogotovo ne u slučaju upotrebe kočnica.

Radi smanjenja opasnosti od kapotiranja aviona pri sletanju sa upotrebom kočnica, bio je konstruisan i patentiran čitav niz uredaja sa automatskim dejstvom, koji su isključivali kočnicu u slučaju preteranog kočenja i ponovo je uključivali u trenucima kada je takva opasnost prošla.

Ovo je bilo potrebno jer pilot aviona, za razliku od vozača drumskih motornih vozila, može retko kada da utvrdi da li je kočnice avionskih točkova upotrebio preko dozvoljene granice, ili ih je pri sletanju aktivirao suviše rano. Ako je kočnice upotrebio prejako, postojala je opasnost da blokira jedan ili više točkova, što bi dovelo do momentalnog habanja guma, pa čak i njihove eksplozije, kao i do oštećenja točkova, a ponekad i samog aviona.

Problem je naročito težak na dvotočkovnom stajnom trapu, gde jedan od dva točka može lako da se zakoči, na primer, usled slabijeg prianjanja gume o podlogu, pogotovo ako pritisci u gumama nisu iste veličine, a najgore je na blatnjavim terenima.

Aktiviranje kočnica avionskih točkova obično se izvodi pod pritiskom fluida koji se, kada je potrebno, dovodi iz rezervoara do cilindara kočnica avionskih točkova pod pritiskom. Na svom putu od rezervoara do radnih cilindara kočnica, fluid pod pritiskom prelazi kroz jedan ventil koji se nalazi pod kontrolom pilota i koji omogućuje pilotu da neposredno upravlja pokretanjem kočnica avionskih točkova.

U takvom sistemu pritisak pri kočenju zavisi jedino od odluke pilota. Ako bi pritisak bio suviše mali, pilot ga može postepeno povećavati, ali ako bi pri sletanju upotrebio isuviše veliki pritisak i preneo ga do radnih cilindara kočnice avionskih točkova, moglo bi doći do oštećenja guma usled blokiranja točkova. Postoji, dakle, jedan maksimalni pritisak preko koga ne bi trebalo ići ako se želi zakočiti avion na najkraćem rastojanju bez oštećenja guma. Taj pritisak pri sletanju aviona nije konstantan, već varira i njegova vrednost je u početku (posle dodira aviona sa zemljom) vrlo mala, a docnije sve više i više raste.

Zato je bilo potrebno konstruisati novije i savršenije sisteme kočenja u kojih bi energija upotrebljena za kočenje bila optimalna i automatski primenjena, kako bi pilot bio osolobođen odlučivanja kakvom snagom i kog momenta treba delovati na kočnice avionskih točkova.

Sistemi automatskog kočenja avionskih točkova predstavljaju relativno nova i visoka tehnička dostignuća, i zahvaljujući njima omogućeno je da se sa uspehom izvrši kočenje avionskih točkova automatskim putem.

Mogućnosti izvodenja automatskog kočenja avionskih točkova. Automatsko pokretanje kočnica može da se izvede na više načina, pri čemu impulsi koji regulišu intenzitet kočenja mogu da zavise od različitih faktora. Tako se, na primer, kod aviona sa repnim točkom koristi sila pritiska na repni točak, i to na taj način da se pri povećanju pritiska na repni točak povećava i intenzitet kočenja, dok se pri smanjenju sile pritiska smanjuje intenzitet kočenja.

Kod drugih sistema automatskog regulisanja intenziteta kočenja koristi se brzina obrtanja točka na taj način, što se pri naglom smanjenju brzine obrtanja točka momentalno smanjuje i intenzitet kočenja, i obratno. Kod nekih sistema koristi se položaj uzdužne ose aviona u vertikalnoj ravni, tako da se intenzitet kočenja naglo smanjuje pri naginjanju uzdužne ose aviona, tj. pri tendenciji aviona da kapotira itd.

Automatsko pokretanje kočnica avionskih točkova može se, prema tome, svrstati u nekoliko grupa, u zavisnosti od toga na koji se način vrši regulisanje intenziteta kočenja avionskih točkova. Ovo može da se izvrši u zavisnosti od sledećih faktora:

• od sile pritiska na repni točak,

• od sile kočenja repnog točka,

• od položaja uzdužne ose aviona,

• od brzine obrtanja glavnih točkova aviona,

• od vertikalnog opterećenja glavnih točkova aviona.

Od svih pomenutih sistema, automatsko regulisanje intenziteta kočenja avionskih točkova na savremenim avionima moglo bi da se vrši, uglavnom, na dva načina, i to bilo u zavisnosti od vertikalnog opterećenja glavnih avionskih točkova, bilo od brzine njihova obrtanja. Ovo je, ujedno, i jedina mogućnost za savremene avione sa stajnim organima tipa »tricikl«, dok se ostali sistemi mogu primeniti samo na avionima sa repnim točkom.

U prvom slučaju automatskog kočenja avionskih točkova tipa »tricikl« pri upotrebi tzv. »osetljivog tereta«, tj. pri upotrebi vertikalnog opterećenja koje dejstvuje na glavne avionske točkove koje je promenljive veličine, intenzitet automatskog kočenja menja se pomoću jednog uređaja u vodovima instalacije kočnice, koji je spojen sa elastičnom nogom stajnog trapa, tako da je pritisak u vodovima kočnice proporcionalan teretu u elastičnoj nozi stajnog trapa.

Ovakav sistem funkcioniše, dakle, pomoću nekog sredstva koje se pri sletanju aviona pokreće u zavisnosti od tereta na avionskim točkovima i automatski se prenosi na fluid pod pritiskom, tako da ovaj momentalno aktivira kočnice avionskih točkova. Takav način kočenja avionskih točkova je potpuno automatski, a pritisak koji se dobija u instalaciji kočnice predodređen je u zavisnosti od tereta na avionskim točkovima i ne može se menjati od strane pilota. Medutim, mada je pri automatskom kočenju poželjno da se spreči pilot da upotrebi pritisak za kočenje iznad maksimalno dozvoljenog (koji je promenljive veličine i dobija se u zavisnosti od tereta na avionskim točkovima), ipak bi trebalo predvideti mogućnost da pilot, ako je to potrebno, može da reducira pritisak u instalaciji kočnice ispod tog maksimuma.

Ovakav način automatskog kočenja avionskih točkova nije, međutim, dovoljan, jer ne uzima u obzir koeficijent trenja na zemlji, koji nije isti za klizave i suve terene, kao ni iznenadne udare. Ako, na primer, guma avionskog točka klizi po klizavoj stazi, kočnica se neće otpustiti na vreme da omogući normalno kretanje aviona kada naiđe na suvi deo piste, pa može doći do udesa. Ovi i slični nedostaci doveli su do upotrebe drugog sistema za automatsko kočenje točkova aviona sa stajnim trapom »tricikl«.

Ovaj sistem automatskog kočenja avionskih točkova radi na principu korišćenja brzine obrtanja točka i naziva se »inercijalni sistem«. On detektuje stepen usporavanja točka sa gumom i isključuje kočnicu ako stepen usporavanja prede dozvoljenu granicu - koja, u stvari, predstavlja početno klizanje između gume i tla.

Postoji više ovakvih sistema koji su ispitani i proizvode se od strane različitih firmi u nekim zemljama, od kojih treba pomenuti sledeće: sistem firme »Goodyear« i »Maxaret« firme »Dunlop« iz Velike Britanije; »Ministop« firme »Messier« iz Francuske; »Hytrol« firme »Booing« i »Decelostat« firme »Westinghouse« iz SAD i dr.

Osnovni princip rada ovih uređaja sastoji se u obrtanju malih točkića - zamajaca, koji su spojeni i zajedno se obrću sa avionskim točkom. Pri sletanju aviona, odnosno pri samom dodiru aviona sa zemljom, avionski točkovi počinju sve više da se ubrzavaju a zajedno sa njima i zamajac. Ukoliko, iz bilo kog razloga, dođe do naglog usporavanja brzine obrtanja avionskih točkova, ili pak do njihovog blokiranja, na primer, usled preteranog i naglog kočenja, kod zamajca se javlja tendencija da se i dalje obrće velikom brzinom, tj. da prestigne avionski točak kada ovaj počne da usporava ili da blokira. Ova osobina zamajca iskorišćena je, u ovakvim slučajevima, na taj način što svojim relativnim kretanjem u odnosu na svoje kućište, koje se obrće zajedno sa avionskim točkom, otvara jedan ventil kojim se spaja instalacija kočnice sa rezervoarom i tako rasterećuje kočnica usled naglog opadanja pritiska u instalaciji.

Pomoću ovakvog uređaja se, znači, automatski podešava pritisak u instalaciji kočnice pri naglom usporavanju točka, ili pri njegovom blokiranju, i time sprečava da dođe do klizanja guma, odnosno do njihovog oštećenja koje iz toga proizilazi. Stepen usporavanja točka može se regulisati pomoću opruga koje se postavljaju izmedu zamajca i glavnog točka, odnosno regulisanjem njihovog prednapona. Ovaj princip korišćen je takođe i na nekim drumskim vozilima - naročito na trkačkim motornim vozilima radi sprečavanja klizanja guma, jer su problemi kočenja kod ovih vozila slični kao i kod aviona.

Nedostatak ovakvih uređaja sastoji se u tome što nijedan od njih nije progresivni inercijalni servo-mehanizam, već se rasterećenje kočnica avionskih točkova i njihovo ponovno aktiviranje vrši diskontuelno, tj. u serijama impulsa obično 2-8 u s, pomoću kojih se postiže naizmenično čas isključivanje, čas ponovno uključivanje kočnica avionskih točkova.

Međutim, i pored tih svojih nedostataka, ovakav sistem automatskog kočenja avionskih točkova naišao je na široku primenu u sadašnjem razvoju vazduhoplovstva i sa uspehom se primenjuje na mnogim savremenim avionima. Zato je potrebno detaljnije analizirati konstrukciju i rad ovakvih uređaja, probleme koji se pri tome javljaju, osnovne principe ovih uređaja i njihove osobine da automatski vrše regulisanje intenziteta kočenja avionskih točkova.