Введение
В настоящее время Военно-воздушные силы РФ претерпевают значительные изменения, в первую очередь, связанные с проведением военной реформы. Большую роль в данных преобразованиях играет модернизация строевых летательных аппаратов и поставка новой авиационной техники [6].
В связи с этим обеспечение бесперебойности и безаварийности эксплуатации воздушных судов, базирующихся на аэродромах или совершающих транспортные операции, требует высокого качества аэродромно-технического обеспечения. На сегодняшний день в авиационных подразделениях обеспечения существует большое количество разнотипных средств наземного обслуживания общего применения (СНООП). Среди них устаревшие образцы, которые по своим эксплуатационно-техническим характеристикам не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к воздушным судам (ВС) четвертого поколения, а тем более вновь разрабатываемым типам ВС пятого поколения [5].
Целью исследования является развитие системы средств наземного обслуживания общего применения, создание единого сбалансированного комплекса средств, позволяющих осуществлять аэродромно-техническое обеспечение всех типов летательных аппаратов ВВС и авиации других видов вооружённых сил в реальных условиях базирования и применения авиации.
Большинство СНООП по своим техническим параметрам нуждаются в их дальнейшей модернизации, а том числе и буксировщики ВС как специального, так и общего назначения. Современный технический уровень тяговых колесных машин в значительной мере определяется ходовым оборудованием. Колесные тягачи при буксировке ВС используют силу тяги создаваемую колесным движителем, но при этом обладают запасом не реализованной мощности из-за значительного уменьшения коэффициента сцепления в зависимости от погодных условий.
Для увеличения тягового усилия, развиваемого буксировщиком ВС, используется загрузка дополнительного балласта на шасси тягача, что ведет к резкому увеличению эксплуатационных затрат. Данный метод не достаточно эффективен и не позволяет обеспечить экономически выгодное и надежное использование колесных тягачей для буксировки ВС.
Проведенные экспериментальные исследования показывают, что для эффективного функционирования аэродромному тягачу в начальный период буксировки ВС необходимо создать тяговое усилие по сцеплению с опорной поверхностью, в два раза превышающее усилие равномерного прямолинейного движения [1,2,4,7]. Оборудование аэродромного колесного тягача стартовым устройством для буксировки и эвакуации ВС позволяет решать эту проблему.
Схема аэродромной буксировочной системы оборудованной стартовым гидравлическим устройством представлена на рисунке 1.
Рис.1. Аэродромная буксировочная система, оборудованная стартовым устройством
Аэродромная буксировочная система, оборудованная стартовым устройством, состоит из аэродромного колесного полноприводного тягача 1, на грузовой платформе которого закреплено стартовое устройство 2, выполненное в виде силового гидроцилиндра, взаимодействующего с основными стойками шасси 6 воздушного судна, через блок посредствам тросового соединения 5.
Для увеличения сцепного веса тягача в задней его части консольно установлено направляющее догружающее устройство 3, взаимодействующее с передней стойкой воздушного судна 4. Для придания больших сцепных качеств тягачу под его колеса устанавливают съемные колодки 7.
Регулирование начальной скорости движения ВС, а соответственно и повышение стабильности разгона всего агрегата, может быть достигнуто путем установки под колеса буксировщика тормозных колодок. Воздушному судну сообщают движение относительно буксировщика, минуя колесный движитель, в направлении начала движения, после самостоятельного начала движения ВС убирают тормозные колодки и увеличивают сцепной вес буксировщика за счет вывешивания стойки шасси [3].
В данной статье рассмотрен вопрос эффективности использования тормозных колодок для увеличения тяговых возможностей буксировщика. При наличии тормозных колодок или отсутствии их определяющим фактором является сцепление с опорной поверхностью. Положительный эффект возникает, если колодка дает лучшее сцепление, чем само колесо. Поэтому прежде чем в деталях рассмотреть схему сил действующих при буксировке, следует показать, что здесь вообще может быть получен результат. Для того чтобы использовать тормозную колодку, нужно добиться того, чтобы у нее коэффициент трения с опорой был больше чем у колеса, для этого нужно подобрать материал и микрорельеф опорной части колодки с коэффициентом сцепления большим, чем у шин тягача.
Для углубленного рассмотрения процессов взаимодействия колесного движителя, заблокированного тормозной колодкой, разработана методика оценки эффективности использования колодок для увеличения тяговых возможностей буксировщика.
К колесу, находящемуся на наклонной поверхности колодки, приложены: вертикальная сила G, сила F, образующая с горизонтом угол β, и реакция R (рисунок 2). В этой ситуации буксировку ЛА осуществляет горизонтальная составляющая силы F, при этом сила сопротивления со стороны колодки Ткол будет равна произведению
Ткол=F cosβ.
Рисунок 2. Схема взаимодействия колеса с колодкой
При традиционной буксировке максимальная тяга Тсц , передаваемая от колес тягача к ВС, определяется коэффициентом сцепления колес тягача с опорой φсц1. Эта сила равна
Тсц =Gφсц1. (1)
Применение колодок будет эффективно, если Ткол окажется больше Тсц, то есть при соблюдении неравенства
Ткол > Тсц. (2)
При буксировке колодка не должна двигаться (скользить) относительно поверхности аэродрома, а колесо тягача не должно перемещаться по наклонной поверхности колодки.
Отсутствию скольжения колодки относительно поверхности аэродрома соответствует неравенство (рисунок 3)
R sinα ≤ Ттр, (3)
где Ттр – сила трения колодки по опорной поверхности; R – нормальное давление колеса на колодку.
Рисунок 3. Схема равновесия колодки
Cила трения определяется равенством
Fтр = µN,
где µ – коэффициент трения между опорой и колодкой; N – сила нормального давления опорной поверхности на колодку.
Сила нормального давления N удовлетворяет уравнению
N-Rcosα=0,
то есть N= Rcosα
Тогда неравенство (3) принимает вид
R sinα≤ µ Rcosα,
или
tgα≤µ. (4)
Таким образом, колодка неподвижна при соблюдении неравенства (4), и максимальный допустимый угол наклона колодки определяется величиной коэффициента трения 
между колодкой и опорной поверхностью
α=arctgµ.
Далее проверяется возможность соблюдения условия (2) для случаев свободного колеса и колеса, загруженного крутящим моментом.
Свободное колесо не катится по колодке при равенстве нулю суммы проекций сил на наклонную поверхность колодки
Fcos(β-α)-Gsinα=0. (5)
Откуда
Следовательно,
Если по аналогии с 
ввести в рассмотрение величину, равную отношению тяговой силы к весу, приходящемуся на колесо
то тяга, создаваемая при наличии колодок, запишется в виде
Величину 
естественно назвать коэффициентом сцепления колодки.
Из сопоставления соотношений (1), (2) и (7) следует, что эффект от применения колодок достигается в случае
Угол 
, обеспечивающий максимум , определяется из уравнения
После вычисления производной получается
Отсюда вытекают два решения
Первому решению соответствует 
.
Второе решение имеет место при 
, что не соответствует наличию колодки.
Следовательно, максимальное значение равно
А с учетом четности косинуса и того, что
Поскольку в соответствии с (4) 
, то неравенство (8) принимает вид
Это значит, что требуемый эффект достигается в случае, когда коэффициент трения колодки по опорной поверхности аэродрома превышает коэффициент сцепления колес тягача 
с той же опорой. Очевидно, что выполнение неравенства (9) в общем случае не обеспечивается, а если оно и выполнится, то эффект от колодки не будет значительным.
При этом можно отметить, что в условие (9) угол наклона колодки 
вообще не входит, а это значит, что вместо колодки может использоваться плоская прокладка с высоким коэффициентом трения.
Таким образом, использование колодок со свободными колесами нецелесообразно, хотя с точки зрения управления тягачом в момент трогания с места это было бы удобно.
Колесо, загруженное крутящим моментом, не скользит по колодке при соблюдении равенства
где 
– коэффициент сцепления заторможенных колес тягача с наклонной поверхностью колодки.
Откуда
По аналогии со случаем качения определяется тяговая сила с применением колодок
коэффициент сцепления колодок
Максимум вычисляется из условия
он, как и в предыдущем случае, достигается при .
В результате
Или
После чего неравенство (8), характеризующее эффективность применения колодок при заторможенных колесах, принимает вид
В дальнейшем полезно воспользоваться отношением
которое можно назвать коэффициентом эффективности колодок.
Этот коэффициент показывает, во сколько раз увеличивается тяга по сцеплению за счет использования колодок. Тогда наибольшее значение силы тяги тягача с колодками можно записать в виде
Таким образом применение стартовых устройств при буксировке ВС с тормозными колодками обеспечивает экономически выгодное и надежное использование аэродромных колесных тягачей.
Рецензенты:
Барабаш Д. Е., д.т.н., профессор, начальник кафедры изыскания и проектирования аэродромов Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил (Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина), г.Воронеж.
Федюнин П. А., д.т.н., профессор, начальник кафедры управления воинскими частями С и РТО авиации Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил (Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина), г.Воронеж.