С какой силой приземляется Боинг 747?

Мне уже говорили, что взлетно-посадочные полосы для больших коммерческих самолетов должны быть построены таким образом, чтобы выдерживать большие нагрузки. Но мне интересно, сколько именно? Когда Боинг 747 приземляется, какая сила передается от колес на асфальт? И, кроме того, какая сила передается взлетно-посадочной полосе во время торможения самолета сразу после приземления?

Бонусные очки:

  • Какой вес поглощают и рассеивают шестерня + колеса?
  • Я уверен, что есть диапазон от более «смазанной» посадки с легким торможением на всем пути до самого высокого, на которое рассчитана главная передача, было бы неплохо знать как крайности, так и среднее значение.
Вот интересный документ о силах на шасси 747, но обратите внимание, что многие источники, цитируемые внутри, имеют неработающие ссылки, поэтому я не добавлял их в качестве ответа. freewebs.com/josfrijmann/files/pro/…
Кроме того, я думаю , что одна стойка должна быть в состоянии выдержать вес/удар всего самолета, так как это может быть просто стойка, которая ударит первой, поэтому взлетно-посадочная полоса, в свою очередь, должна быть в состоянии выдержать удар одной стойки.
Да, сертификаты требуют посадки с одной стойкой (в случае бокового ветра и т. д.).

Ответы (2)

Я не знаю точных цифр для олео-штриха и так далее, но вот как это можно рассчитать. Боинг 747-400 весит максимум 400 тонн на взлете и 296 тонн на посадке. См. здесь источник этих цифр.

Далее идет посадочная скорость, это ок. 160 узлов = 82 м/с. Теперь давайте предположим, что пилот ошибся в оценке высоты и не выстреливает, а врезает самолет с углом захода 3° в взлетно-посадочную полосу. Он должен пережить это, так что давайте просто продолжим. Это дает вам вертикальную скорость 4,3 м/с, а при 296 тоннах это энергия 2750 кВт = 0,76 кВтч, которую необходимо рассеять шасси. Теперь делаю предположение, что ход шестерни 0,5 м (кто знает, пишите в комментариях, и я поправлю расчет). У нас есть 0,5 м, чтобы замедлить массу 296 тонн с 4,3 м/с до нуля. Если предположить постоянное замедление, сила также будет постоянной, а скорость снижения будет линейно уменьшаться.

Средняя скорость погружения во время этого процесса составляет 2,15 м/с, поэтому потребуется 0,23 с и ускорение 18,5 м/с. 2 . Сила равна массе, умноженной на ускорение, поэтому сила равна 5473 кН или 1,23 миллиона фунтов. Это как раз инерционная сила, чтобы остановить спуск. При выруливании на взлетную позицию самолет будет давить на взлетно-посадочную полосу 400 тонн = 878 000 фунтов, так как крылья еще не создают подъемной силы. Это показывает, что даже жесткая посадка не так сильно нагружает шасси - в конце концов, ускорение составляет всего лишь 2 g, действующее на гораздо более легкий самолет.

На самом деле шасси Боинг-747 расположены в шахматном порядке, поэтому внутренние главные стойки коснутся земли первыми. Кроме того, я ожидаю, что сила не будет постоянной на протяжении всего хода шестерни. Это изменит детали этого приближения, но общая величина не должна отличаться.

Этот ответ содержит более подробную информацию о том, как рассчитать ущерб, который самолет нанесет данной взлетно-посадочной полосе или перрону.

Теперь о тормозных нагрузках. Длина посадочной площадки 747-400 составляет 2175 м, и допустим, что пилот забыл включить реверсоры тяги, аэродинамическое сопротивление в тот день было отключено, и все тормозное усилие приходилось на 16 основных колес. Давайте также предположим, что пилот использует 1200 м этой длины поля для торможения (я просто придумываю это, чтобы получить верхний предел силы, действующей на взлетно-посадочную полосу). Теперь нам нужно замедлиться с 82 м/с до нуля в пределах 1200 м. Линейное замедление означает среднюю скорость 41 м/с, поэтому весь процесс занимает 29,27 с. Разделив скорость на время, получим замедление 2,8 м/с. 2 .

Чтобы довести самолет до полной остановки, нам нужно рассеять на расстояние 1200 м энергию 995 152 кВт = 276,4 кВтч. Снова используя второй закон Ньютона, мы видим, что для этого требуется горизонтальная сила 829 кН = 186 322 фунта, что соответствует 51,8 кН = 11 645 фунтов на колесо. Это, безусловно, больше, чем то, что происходит в действительности, но для сравнения: статическая нагрузка на основное колесо при максимальной посадочной массе составляет 174 кН = 39 150 фунтов (при условии, что 4% массы приходится на переднее шасси). Это экстремальное (горизонтальное) тормозное усилие составляет менее 30 % (вертикальной) статической нагрузки, что значительно ниже максимального коэффициента торможения колеса самолета на сухой взлетно-посадочной полосе.

РЕДАКТИРОВАТЬ: CGCampell правильно заметил, что аварийные процедуры при взлетном весе будут создавать самые большие тормозные нагрузки. Теперь я рассчитаю максимально возможные тормозные нагрузки, и для этого мне нужен этот график полинома для коэффициента торможения, который представляет собой отношение между вертикальными и горизонтальными силами до проскальзывания шины. я не знаю источника; Я собирал его где-то в прошлом и никогда не находил повода сомневаться в его достоверности.коэффициент трения шины

Незадолго до того, как самолет остановится, достигается самый высокий коэффициент трения, и тогда крылья создают небольшую подъемную силу, поэтому вертикальные нагрузки на шины соответствуют статической нагрузке. При 96% от 400 тонн, действующих на 16 колес, это составляет 24 тонны = 235 344 Н = 52 907 фунтов прижимной силы на колесо. Поскольку коэффициент трения равен 1 на низкой скорости, одна и та же нагрузка передается горизонтально от каждого колеса к земле, что почти в пять раз больше, чем то, что я аппроксимировал для приземления выше. Очевидно, что выход на предельные значения приводит к гораздо более высоким нагрузкам.

Формулы, используемые при расчете:

Как рассчитать замедление массы м от скорости в 0 к в 1

Энергия не имеет абсолютной величины, мы просто добавляем или вычитаем энергию. Количество энергии меняется ∆ Е между самолетами на скорости в 0 и на скорости в 1 является:

∆ Е знак равно м 2 ⋅ ( в 0 2 − в 1 2 )

Единицей энергии является джоуль, который равен ватт-секунде или ньютон-метру. Таким образом, 1 Дж = 1 Ws = 1 Нм = 1  кг ⋅ м 2 с 2 . Метрические единицы аккуратны, верно?

В физике энергия Е равно работе Вт , а работа совершается, когда сила Ф путешествует на расстоянии с . Как действует тормозная сила, действующая на движущийся самолет:

Е знак равно Вт знак равно Ф б р а к е ⋅ с

Как мы получаем расстояние развертывания с ?

Воспользуемся тем, что изменение энергии при торможении равно энергии торможения:

м 2 ⋅ ( в 0 2 − в 1 2 ) знак равно Ф б р а к е ⋅ с ⇔ с знак равно м 2 ⋅ Ф б р а к е ⋅ ( в 0 2 − в 1 2 )

Как мы можем найти время т требуется, чтобы замедлить самолет?

Если сила постоянна, то ускорение а знак равно м Ф тоже постоянно. Таким образом, скорость во времени в ( т ) является:

в ( т ) знак равно в 0 + а ⋅ т

Мы замедляемся, поэтому а является отрицательным числом. Но то же самое работает и для положительного ускорения. Чтобы найти время ∆ т знак равно т 1 − т 0 мы используем тот факт, что v изменяется линейно во времени, так что средняя скорость есть среднее арифметическое между в 0 и в 1 . А время — это просто расстояние, деленное на скорость:

∆ т знак равно 2 ⋅ с в 0 + в 1 знак равно м ⋅ с Ф б р а к е ⋅ ( в 0 + в 1 ) ⋅ ( в 0 2 − в 1 2 )

С такими формулами всегда полезно сравнивать единицы измерения с обеих сторон. Ага, секунды, так что результат действительно время.

Не могли бы вы использовать взлетный вес, поскольку в чрезвычайной ситуации может потребоваться вернуться в поле с максимальным взлетным весом (взамен будет использовано меньше топлива).
@CGCampbell на рассматриваемом самолете вы бы сбросили топливо, чтобы получить правильный посадочный вес ...
Я знаю, что этот вопрос - 747, а видео здесь - 757, но "ThomsonFly 757 столкновение с птицами и пламя заснято на видео", youtu.be/9KhZwsYtNDE , этот самолет возвращается в аэропорт с полной загрузкой.
@CGCampbell Ах, хорошее замечание, я все время забываю, что иногда процедуры приходится откладывать перед лицом чрезвычайной ситуации. Извинения. Первоначальный вопрос должен был быть о диапазонах нормальной работы, хотя, вероятно, мне следовало начать именно с этого.
@CGCampbell: Хороший вопрос! Прерванный взлет должен создавать самые большие силы торможения. Чем больше нагрузка на колеса, тем больше мощность торможения. Я также мог бы использовать фактические коэффициенты трения для резины и бетона, чтобы получить максимально возможную нагрузку. Я отредактирую пост соответственно.
Отчеты о жесткой посадке на AvHerald часто включают пиковое вертикальное ускорение, а многие значения списка составляют всего 1,8G. Поэтому я бы сказал, что нормальная работа, вероятно, составляет до 15 м/с². С другой стороны, отсутствие расширения, вероятно, даст вертикальное ускорение более 20 м/с² (2G).
Для тормозной силы коэффициент трения резины по бетону составляет около 0,8, а автомобили обычно имеют замедление ~ 0,65G на сухом асфальте. У самолетов будет немного меньше из-за проблем с охлаждением. Так что я бы взял 0,6-кратный вес для максимального тормозного усилия. Обычная ставка будет намного меньше; Я считаю, что средняя настройка автоматического торможения обычно составляет около 7 футов / с² ≃ 0,22 G.
Не деформируется ли посадочная поверхность?
@rbp: Да, но это действительно незначительно. Сравните жесткость нескольких футов железобетона с жесткостью комбинации шины и олеостойки, и должно быть ясно, что большая часть деформации приходится на сторону шасси.
Я не полностью следил за сценариями приземления и прерванного взлета, но не будет ли большая часть силы рассеиваться в виде тепла через тормоза?
@Lnafziger не сила, а энергия. Удар при посадке поглощается маслом в опорах олео, которые нагреваются (и затем медленно рассеивают это тепло), а энергия торможения поглощается за счет нагрева тормозов и трения небольшого количества резины.
Одна случайная мысль: можно ли использовать эту огромную энергию или преобразовать ее в другую форму повторно используемой энергии либо с помощью самолета, либо через взлетно-посадочную полосу?
@Firee: сейчас проходят испытания ступичные двигатели, и они могут работать как генераторы свободной частоты, действуя как слабый тормоз. Однако количество энергии, которое может быть поглощено таким образом, довольно мало, поэтому большая ее часть должна будет в конечном итоге нагреть тормозные диски. Кроме того, масло в масляной стойке может проходить через небольшую турбину, а не через узкую щель, и снова отбор энергии необходимо будет адаптировать к требованиям, и можно использовать только часть. В целом да, но это звучит довольно сложно и будет не очень эффективно.
Верно, я спрашивал о прерванном взлете. Поскольку вопрос заключался в том, сколько силы было создано в дорожном покрытии, и похоже, что вы рассчитываете энергию, необходимую для остановки самолета (которая будет сильно отличаться из-за тепла, которое вы описываете).
@Lnafziger Я не понимаю твоего комментария. Какое отношение теплота имеет к кинетической энергии? Я добавил объяснение, как рассчитать параметры; может быть, это более полезно.
Хорошо, я прочитал вопрос как в основном «насколько сильно самолет ударяется о землю, когда он приземляется», и конкретно спрашивает «сколько силы передается от колес к взлетно-посадочной полосе ». Я не понимаю, как часть о расчете количества энергии, необходимой для остановки самолета с помощью тормозов, отвечает на этот вопрос.
@Lnafziger А, теперь я понял. Часть о ударе о асфальт имеет дело с вертикальными силами, а остальная часть связана с боковыми силами, которые также повреждают асфальт (или, лучше, бетон). Обе силы возникают в процессе приземления и передаются от колес к земле, поэтому я подумал, что лучше охватить обе. Вы уже должны были привыкнуть к моей склонности освещать более одного аспекта ;-)
Верно, можете ли вы рассчитать, какая сила фактически передается асфальту/бетону во время прерванного взлета по сравнению с той, которая рассеивается в виде тепла? Я думаю, что фактическая передача энергии будет намного ниже, чем в сценарии, когда самолет приземляется после полета, а затем замедляется.
При прерванном взлете используется гораздо более тяжелый самолет, и когда торможение начинается только в в 1 , весь процесс очень похож на обычную посадку, но с более тяжелым самолетом. Что касается тепла: практически вся кинетическая энергия преобразуется в тепло, в основном за счет трения (воздух-поверхность, резина-бетон, тормозная колодка-тормозной диск - это только самые важные пары). Силы сами по себе теплоту не производят, и нет разделения (одна энергия идет на силы, другая на нагрев) - это неправильно и не бывает! Только сила, действующая на расстоянии, создает работу и вызывает трение.

Я только что увидел этот вопрос и хотел добавить свою точку зрения с точки зрения инженера-строителя, который летает для удовольствия в качестве частного пилота.

Я думаю, что всю энергию удара самолета нужно трактовать как неупругое столкновение самолета с бетонной плитой взлетно-посадочной полосы! Если предположить, что мы можем игнорировать демпфирующий эффект посадочных колес! Самолет ударяется о взлетно-посадочную полосу и становится с ней единым целым и начинает давить и тянуть ее вниз общей массой самолета и массой бетонной плиты (часть ее, на которую действует удар) и трапециевидной зоной влияния раздробленных и уплотненных агрегатная подложка. В отсутствие структурных данных о свойствах плиты взлетно-посадочной полосы невозможно дать даже грубую численную оценку того, насколько помогают гибкость и динамическая реакция плиты. Вибрирующий след плиты будет следовать за шасси, лежащим длинной приливной волной, которая питается от удара шин и уносит удар от удара. Это означает, что длина торможения составляет более 0,5 метра. Кинетическая энергия приземления в значительной степени рассеивается плитой и ее основанием. Так воздействие будет мягче.
Что касается тормозных сил, то нежелательный нагрев шин при касании дымом имеет попутное преимущество, повышая коэффициент трения и помогая при торможении.

В качестве примечания: пилотирование небольших легких самолетов доставляет удовольствие и дает много образовательных преимуществ. Тот факт, что тормоза не автоматические, позволяет немного поджечь их на мокрой полосе для лучшего сцепления!

С какой стати вы пренебрегаете влиянием шасси? Особенно для 747 с подвеской с большим ходом. Действительно, более логичным выбором было бы пренебречь свойствами взлетно-посадочной полосы и предположить, что это твердое тело (даже при условии жесткой подвески деформация шины на величину больше, чем деформация взлетно-посадочной полосы).
Я имел в виду игнорирование только пневматического прогиба шин, а не шасси! Я сказал, что ход будет еще больше. Если вы хотите быть немного более осторожным, вы должны учитывать тот факт, что крылья спроектированы так, чтобы быть очень гибкими, и при жесткой посадке они сгибаются и мягко отклоняются, преодолевая удар. На самом деле весь фюзеляж и оперение спроектированы таким образом, чтобы изгибаться в продольном направлении, как у дельфина. Настолько, что пассажиры сзади жалуются на вибрацию. При анализе посадки следует учитывать динамическое взаимодействие плоскости, аэролифта и взлетно-посадочной полосы, не забывая даже о гармонических резонансах.
Тем не менее, вы думаете, что смещение асфальта будет значительным по сравнению с ходом 0,5 м? При полном игнорировании асфальта любые расчеты нагрузки на шины на взлетно-посадочной полосе будут неверными примерно на 10%. Конечно, напряжения могут быть намного больше, чем можно было бы ожидать, исходя из сил, но вопрос заключается не в этом.
С какой силой приземляется Боинг 747?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v