Почему самолеты всегда садятся на задние колеса, а не на носовые?

Самолет садится на основные колеса. У самолетов с носовым колесом это задние, а у самолетов с хвостовым колесом (их еще называют «хвостовыми драггерами») — передние. В любом случае основные колеса расположены очень близко к центру тяжести и несут большую часть веса самолета, а носовое или хвостовое колесо несут лишь небольшую его часть.

Самолет должен садиться на колеса, расположенные близко к центру тяжести (в продольном направлении). Если бы это было не так, сила, действующая на колеса, создала бы момент, который заставил бы самолет сильно наклониться. На самом деле хвостовые драггеры имеют тенденцию немного подпрыгивать при посадке, потому что еще остается некоторый момент, и в случае хвостовых драггеров он подбрасывает самолет вверх.

Ранние самолеты почти все были хвостовыми тягачами, потому что такая компоновка более надежна, лучше справляется с грунтовыми взлетно-посадочными полосами и имеет меньшее сопротивление при фиксированном шасси. Однако он обеспечивает плохой контроль направления, особенно когда хвост отрывается от земли во время разбега. Позже в большинстве конструкций стали использовать переднее колесо, потому что оно обеспечивает лучшее управление по направлению, устойчиво по направлению, делает пол на одном уровне, когда самолет стоит, поэтому погрузка становится проще, а видимость во время руления намного лучше, а с изобретением убирающегося шасси сопротивление больше не имело значения.

Ян Худек уже дал прекрасное описание того, почему конфигурации шестерен спроектированы такими, какие они есть. Еще одна важная вещь, которую следует отметить, заключается в том, что, поскольку самолет предназначен для посадки на своем основном шасси, другое шасси (носовое шасси в конфигурации с трехколесным велосипедом или хвостовое колесо в хвостовых тягах) не рассчитано на то, чтобы выдерживать силу приземления. . Приземление на переднее шасси авиалайнера, скорее всего, приведет к тому, что переднее шасси рухнет, и вы окажетесь в ситуации, похожей на рейс 345 Southwest :

Источник изображения: Нью-Йорк Дейли Ньюс

Один из пассажиров этого рейса записал посадку и выложил ее на YouTube . Несмотря на то, что было всего несколько незначительных повреждений (в основном, из-за использования слайда под таким большим углом, если я правильно помню), самолет получил настолько существенные повреждения, что его списали. Очевидно, что это нежелательный результат, поэтому авиакомпании обычно предпочитают, чтобы их пилоты приземлялись на основном шасси.

Кстати, когда мы говорим о хвостовом тягаче, мы имеем в виду самолеты с такой конфигурацией шасси:

Дуглас DC-3. Источник изображения: Википедия

Принимая во внимание, что трехопорное шасси относится к конфигурации, к которой вы, вероятно, привыкли, она выглядит следующим образом:

Боинг 737. Источник изображения: Википедия

Один быстрый комментарий относительно предыдущего обсуждения самолета с хвостовым колесом. На самом деле хвостовые тягачи имеют в своем распоряжении две техники приземления.

Один из вариантов, который большинство людей представляет себе, когда самолет касается сети перед тем, как плавно опустить хвост, называется посадкой на колесо .

Однако существует также трехточечная посадка , при которой цель состоит в том, чтобы приземлиться всеми тремя колесами одновременно, и обычно это первая техника посадки, которой обучают, особенно пилотов, переходящих с самолетов с трехопорным шасси.

Техника, используемая на каждой посадке, выбирается исходя из ряда факторов, среди которых:

• Тип посадки (например, короткое поле или боковой ветер)
• Тип самолета (некоторые самолеты просто сложнее приземлить или они могут совершенно не подходить для одной техники по сравнению с другой)
• Валюта пилота (за исключением сильного ветра, я считаю, что три точки легче «смазывать», когда они не используются)
• Условия на взлетно-посадочной полосе (тротуар гораздо менее терпим, чем трава, к неаккуратному управлению рулем; к тому же трехточечный привод может обеспечить лучший зазор для винта на неровных полях)

Если вы хотите узнать больше о самолетах и ​​полетах, я бы рекомендовал обратиться к ресурсам FAA (особенно к справочнику FAA Airplane Flying Handbook), а также к огромному количеству информации на веб-сайте AOPA.

При заходе на посадку самолет обычно снижается со скоростью от 500 до 1000 футов в минуту, это минимум 8 футов в секунду. Это может показаться не таким уж большим, но простое столкновение с землей на такой скорости снижения привело бы к сильному отскоку и, возможно, повреждению самолета. Пассажирам, конечно, будет некомфортно.

Чтобы самолет мягко приземлился, он должен уменьшить скорость снижения, для этого нос поднимается вверх в маневре, называемом факелом . Положение с поднятым носом в самолете с трехколесным велосипедом сначала приведет к контакту с землей основных (задних) колес.

Не все хвостовые тягачи приземлятся на два передних колеса.

Потому что тогда самолет не выкатится за пределы взлетно-посадочной полосы. Вы когда-нибудь пробовали бегать с тачкой? Малейшее отклонение вперед будет объяснено, и, прежде чем вы это заметите, вещь уйдет в сторону.

При приземлении на задние колеса центр масс переместится вперед источника сопротивления, поэтому отклонения влево и вправо будут корректироваться автоматически. Это плюс дифференциальное торможение позволит лучше контролировать самолет.

Для полноты картины есть еще B-52 с "велосипедным" шасси (и переднее, и заднее шасси считаются "основными"). Я считаю, что при посадке идеально, чтобы передняя и задняя шестерни приземлились одновременно ¹ .

Для всех, кому небезразлично, вот видео посадки B-52 , показывающее почти одновременное приземление переднего и заднего шасси. Интересно отметить, что для обеспечения посадки с боковым ветром и передняя, ​​и задняя основные стойки B-52 являются управляемыми, поэтому он может приземляться (или взлетать, рулить и т. д.) с повернутым носом до 15 градусов. от направления движения. Вот еще один (спереди), показывающий крабовую посадку .

^{1. Первоначально я написал это как «все снаряжение», но это было бы неправдой. У него также есть механизм защиты наконечника, который обычно приземляется немного позже. Его крылья довольно гибкие, поэтому защитный механизм законцовок обычно не касается земли до тех пор, пока он не замедлится достаточно, чтобы крылья создавали значительно меньшую подъемную силу. Если он несет небольшую заправку топливом, они могут не коснуться даже тогда.}

^{Просто стоя на земле, крылья B-52 могли изгибаться примерно на 10 футов на концах, в зависимости от количества топлива. В полете они могли изгибаться вверх еще больше, в общей сложности примерно на 17 футов изгиба (при размахе крыла примерно 165 футов).}

Я отвечу на это по-другому.
Как правило, это по дизайну. Дело не в колесах, а в угле атаки. Когда большинство самолетов приземляются, они «расширяются» или направляют переднюю кромку крыльев как можно выше, не попадая на территорию сваливания. Это особенно верно для дельтапланов и парашютных куполов, хотя ни у одного из них нет колес. Это называется вспышкой, так как это называется, когда птицы приземляются. (Утки, пеликаны и т. д.) В этом аспекте носовое колесо будет выше и, следовательно, приземлится последним. На это до последнего смотрит даже хвостокол. Это действительно мощное скольжение. Пилот будет избегать сваливания, искать «эффект земли» и помнить о вариантах восстановления. Конструкция шасси отражает эту стратегию. если бы коммерческий арилайнер сначала коснулся носа города (ровный), он бы двигался быстрее и испытал бы больший удар, снаряжение должно было быть намного тяжелее. Такой вид блинной посадки обычно ничем хорошим не заканчивается.

Ваше наблюдение "сначала задние колеса" относится к самолетам с "трехколесным" шасси. По разным причинам шасси таких самолетов устроено так, что они сидят более или менее ровно на земле (на стоянке или рулении). Такой самолет обычно не может взлететь или приземлиться в таком горизонтальном положении. Это связано с тем, что крылья не будут генерировать достаточную подъемную силу, если самолет не находится на крейсерской скорости полета или близок к ней. Чтобы свести к минимуму износ, опасность и длину взлетно-посадочной полосы, взлет и посадка выполняются на минимально возможной скорости, что обеспечивает безопасный запас по скорости сваливания. Чтобы летать на таких скоростях, крылу нужен большой угол атаки, а это значит, что самолет должен быть поднят носом вверх. Чтобы сделать посадку положительным переходом, самолет «вспыхивает»; по существу поднимаясь все выше и выше и замедляясь все больше и больше, находясь прямо над взлетно-посадочной полосой, пока крыло не «заглохнет» - потеряет подъемную силу. В этот момент самолет садится на взлетно-посадочную полосу на минимально возможной скорости и должен оставаться в контакте с взлетно-посадочной полосой (а не «подпрыгивать» или «взлетать на воздушном шаре»). Все это сводится к тому, чтобы сначала коснуться главной передачи.

Конечно, можно сначала приземлиться на носовое колесо - термин, называемый «тачкой». Это очень опасно. Во-первых, это могло произойти только в том случае, если заход на посадку был слишком быстрым - чем больше скорость, тем больше сил и что-то пойдет не так быстрее. Во-вторых, самолет приземляется в точке впереди центра тяжести. Малейшее боковое движение создаст боковой момент, который может (и, вероятно, будет) развернуть самолет и привести к падению.

Трехколесный велосипед против хвостового тягача

Требуется ли это, чтобы все самолеты (независимо от размера, типа) садились только на задние колеса?

Все самолеты касаются взлетно-посадочной полосы на своем основном шасси, причем основное шасси находится на уровне крыла. Добавление колеса позади или впереди основного шасси приводит к двум конфигурациям с заметной разницей: Угол между крылом и горизонтальной плоскостью, когда самолет находится на земле.

• Те, у кого переднее колесо и малый угол, подавляющее большинство современных самолетов и все коммерческие авиалайнеры. Эта конфигурация передач называется трехколесным велосипедом .

• Те, у кого хвостовое колесо и большой угол наклона, категория, которая использовалась в начале авиации. Эта конфигурация передач называется taildragger .

^{Источник}

Преимуществом трицикла является устойчивость на земле, благодаря расположению двигателя между колесами. Неудобство заключается в том, что при взлете нельзя использовать вес двигателя для вращения самолета. Лифты пользуются большим спросом. Если вращение выполнено неправильно, может произойти удар хвостом.

Посадка трехколесного самолета

Есть ли в этом какое-то преимущество или это правило?

Это техническое требование. При посадке самолет должен касаться взлетно-посадочной полосы с очень небольшой вертикальной скоростью, глиссада должна плавно спускаться вниз. Вес самолета тянет его вниз с ускорением (свободное падение), самолет должен противодействовать этому ускорению, создавая подъемную силу.

Подъемная сила пропорциональна воздушной скорости и углу между направлением самолета и направлением крыла (средняя линия крыла, называемая линией хорды ). Этот угол называется углом атаки . Угол атаки, очевидно, зависит от положения самолета (угла тангажа).

При посадке трехколесного самолета угол тангажа должен быть относительно большим, чтобы носовая стойка не касалась взлетно-посадочной полосы раньше основной стойки. В то же время создается достаточная подъемная сила из-за соответственно относительно высокого угла атаки, как показано в левой части этого рисунка:

Наоборот, если бы мы хотели коснуться носовым шасси, нам пришлось бы сильно уменьшить угол тангажа. Такое положение автоматически уменьшает угол атаки и связанную с ним подъемную силу (правая сторона вверху), которая и так мала из-за низкой скорости, необходимой для приземления.

Если подъемная сила недостаточна для противодействия ускорению силы тяжести, самолет снижается слишком быстро, а вертикальная скорость при приземлении создает на шасси усилие, превышающее его механическую прочность. Возникают повреждения.

По этой причине авиалайнеры, представляющие собой трехколесные самолеты, не приземляются на носовое колесо. Однако это приводит к другому вопросу: почему мы используем трехколесные велосипеды вместо хвостовых тягачей? Глядя на первое изображение, мы видим, что было бы непросто садиться и высаживаться из-за наклона пола, но есть еще кое-что, что нужно знать, возможно, еще один хороший вопрос.

это называется вспышкой, это тяга на 5-10 градусов, чтобы замедлить самолет и поставить задние колеса на землю.

Задняя стойка шасси опускается первой, потому что она находится в центре масс (ЦМ), она также более плавная и безопасная. Это безопаснее, потому что переднее шасси не рассчитано на все время ожидания самолета. (НАПРИМЕР, у аэробуса A380 много задних передач, но только 1 передняя ( http://avimotive.com/wp-content/uploads/2016/01/a.jpg ))

Это более плавно, потому что замедляет скорость снижения.

Хотя в приведенных выше ответах, безусловно, есть много правды, все они рассматривают вопрос примерно так: «Почему вода замерзает вверху и стекает вниз? Потому что иначе рыба замерзла бы». Хотя есть ряд причин, по которым посадка на задние колеса работает лучше, самая важная из них заключается в том, что когда самолеты приземляются, их нос находится выше хвоста, поэтому их задние колеса ближе к земле. Причина этого в том, что когда самолеты замедляются, их крылья создают меньшую подъемную силу. Им нужно что-то сделать, чтобы их крылья создавали достаточную подъемную силу, несмотря на снижение воздушной скорости, чтобы продолжать полет, иначе возникнут неоптимальные условия, связанные с изогнутым металлом, и, возможно, возникнут огненные шары. Они делают это, направляя нос вверх, что увеличивает крылья. угол атаки и путем изменения формы крыла (закрылки и предкрылки), чтобы крылья создавали большую подъемную силу за счет увеличения сопротивления. К тому времени, когда они приближаются к земле, они замедляются настолько, насколько могут, а это означает, что альтернативы скорости используются как можно больше. Это означает, что самолет откидывается назад настолько, насколько это возможно, а закрылки полностью выпущены. Как раз в тот момент, когда безопасная посадка гарантирована, большая опасность для безопасности самолета смещается от падения с неба к удару о землю на слишком большой скорости, поэтому пилот делает что-то, чтобы сбросить скорость. Это означает наклон самолета назад ровно настолько, чтобы увеличить сопротивление воздуха, но не настолько, чтобы заставить его подпрыгивать в воздухе. Хороший пилот делает это всего в нескольких футах над землей и настраивает все так, чтобы самолет выравнивался на несколько коротких секунд, когда скорость снижается. Плохой пилот ненадолго набирает высоту, а затем самолет падает с высоты 10 или 20 футов, и пассажиры совершают три или четыре очень коротких полета, прежде чем самолет наконец осядет на землю. Все это ставит их задние колеса ближе к земле, а это означает, что резина соприкасается с дорогой.