中国新型军用飞机牵引车族

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  与威风八面的战斗机、驱逐舰、坦克和装甲车等经常上镜的主战武器不同,飞机牵引车属于幕后英雄。不过,在天空中腾拿挪移十分灵活的作战飞机,一旦落到地面上就如同“虎落平阳”般的笨拙。除了在起飞、着陆等飞行过程的必要阶段中用自己的动力滑行外,飞机在地面的移动很多时候都要靠牵引车代劳,就像航母等巨舰大船在靠泊港口时常需要拖轮帮忙一样。那么——
  
  为什么使用牵引车
  
  回答这个问题有三个要点。首先,飞机本身的发动机,特别是喷气发动机是按照每小时几百、上千千米的高速飞行条件而设计的。当飞机在地面上以最高每小时三四十千米,低至每小时几千米的速度移动时,它们的能量利用率非常低,与用牵引车移动同样距离的油耗相差几十甚至上百倍之多。第二,军用飞机的发动机翻修寿命都较短,除了必要的暖车和调试以外,应避免在地面频繁使用。第三,多数飞机在地面都没有自行“倒车”的能力。即使某些机种使用发动机反推力或螺旋桨反桨装置,可以后退滑行,但基于降低能耗和控制噪声、尾气等的环保要求,除了极少数特殊情况,都要借助牵引车来倒退。此外,在制造、调试、维修和地面转移不在航乃至失事的飞机时,牵引车也是十分重要的设备。
  
  
  牵引车的渊源
  
  早期在地面上用来帮助飞机移动的机动车辆五花八门,从三轮摩托车到压路机应有尽有。当然主要的还是形形色色的汽车和拖拉机。后来逐渐出现了专用的飞机牵引车。
  纵观牵引车发展的历程,除了外形上的变化以外,现代飞机牵引车的最大技术特征变化是以液力、液压等无级变速装置取代了机械有级变速装置。
  移动飞机时牵引车要克服飞机及牵引车自身在地面上的各种阻力。对于现代飞机来说,总的阻力大约是其重量的2%~8%。牵引车用以克服这些阻力的牵引力产生于它的所有驱动轮与地面间的摩擦力,在车辆技术中称为附着力。一个车轮所能产生的最大附着力与这个车轮压到地面上的重量的比值称为附着系数,其大小与车轮和地面的材料、干湿状态等有关。橡胶轮胎与干硬的混凝土或沥青路面之间的附着系数可以达到0.8左右,而在潮湿时要下降一半左右。这大体对应牵引车在机场跑道、滑行道或停机坪上行驶的情况。
  根据上面这些数据可以估算出,牵引车的所有驱动轮压到地面上的重量不应小于飞机重量的十分之一。请注意,这里说的“所有驱动轮压到地面上的重量”与牵引车的重量不完全是一回事。对于并非所有车轮都是驱动轮的车辆,例如两轮驱动的牵引车来说,压到地面上的重量要小于牵引车的重量。而对于下面要介绍的把飞机前起落架“驮载”在车身上的无杆牵引车,则往往要大于牵引车的重量。
  通常把可安全牵引的飞机重量与牵引车自身的重量之比称为牵重比。牵重比越大,说明牵引车的性能越好。为了提高牵重比,大多数飞机牵引车要使全部车轮都成为驱动轮。传统的有杆飞机牵引车的牵重比在5~10之间,而大型无杆飞机牵引车的牵重比可高达20以上。
  在移动飞机的过程中,传统的方式是经过一根几米到十余米长的牵引杆使牵引车与飞机连接,牵引杆上带有缓冲和限制牵引力的机构。有时也使用钢丝绳连接。这是有杆牵引车的作业方式。
  
  驮载飞机的无杆牵引车
  
  无杆牵引是机场地面保障设备领域中的一项前沿技术。上世纪70年代,各国开始研制无杆飞机牵引车,80年代趋于成熟,90年代开始普遍应用。与传统方式不同,无杆牵引方式取消了牵引杆,通过一套夹持提升机构将飞机的前起落架与牵引车身连接。无杆牵引的主要优点首先是飞机重量的约10%~15%通过其前起落架压载在牵引车车身上,转移成为牵引车驱动轮的附着重量,显著地提高了牵引车的牵重比,并使整个机组具有更高的行驶稳定性,能有效地避免因牵引杆损坏或牵引车附着重量不足而导致飞机失控的事故。
  
  在操作同样重量的飞机时,可以使用自重显著小于常规牵引车的无杆牵引车,消耗材料更少,自身的能耗和有害排放也更低。其次,飞机与无杆牵引车联成一体,整个机组长度显著缩短,调度飞机更为灵活准确,也有可能使用更高的速度。这一优点在顶推飞机时尤为突出。第三,无杆牵引车的驾驶员一个人即可完成牵引或顶推多种飞机的全部操作,不仅免除了摘挂牵引杆的繁重的体力劳动,还节省了牵引杆的购置、保管、维修费用和存放场地,以及往返运输和存放各型飞机的专用牵引杆的时间。
  无杆牵引技术源于军事航空,起初用于调度舰载机。美、英和以色列等国制造并装备了多种型号的军用无杆飞机牵引车。小型的一般为步行操纵的牵引器,供在航母甲板、机库或地面掩体等狭窄的场地上移动歼击机、攻击机和直升机;大型的用于在地面机场或厂房中操作各种重型战斗机、轰炸机和运输机。在马岛战争、海湾战争和伊拉克战争中,美英的航母和大型两栖攻击舰上都普遍使用了无杆牵引车,显著减少了飞机再次出动时间,提高作战飞机的快速反应能力。然而值得自豪的是,首先为岸基主战飞机成建制地配置中型无杆牵引车的,却是我们中国的海空军航空兵部队。
  事物总有两面性。为了能安全地在飞机机身下连接和解脱前起落架,无杆牵引车的驾驶室都很低矮;为了安装特有的机轮夹持提升装置和匹配飞机的起落架,车身又往往较长,难免离地间隙低、接近角小,还需要采用一些特殊的传动和控制部件。在改善了牵引性能的同时,却不得不在通过性、地面多种勤务的适应性特别是制造成本方面做出牺牲。而且当航空兵部队由于地面保障作业的需要同时装备有杆和无杆两种飞机牵引车时,两者的差异会给使用和管理带来许多不便。这些已成为在军事航空中进一步推广无杆牵引车的障碍。
  
  新型军用飞机牵引车族
  
  我国自主研制的新型军用飞机牵引车,综合性能比现有装备有明显提升,尤其是显著地改善了牵引车通过性,在全面满足最新战技指标的前提下,还执行了民航标准,以扩大适用范围。新型牵引车拥有众多的通用模块,关键部件选用了大批成熟产品,使它们能共享在零部件制造和采购方面的规模效益,从而有利于降低系列产品的成本。如果以这样的有杆和无杆牵引车形成“搭配”来装备部队,将为生产、使用、维修和人员培训等带来许多方便。值得一提的是,这种以通用模块构成有杆和无杆飞机牵引车基础平台的设计方式,在国际上还没有先例。
  大偏转角转向驱动桥新型牵引车族的几款牵引车可用于牵引和顶推40吨级以下的各种军用、民用飞机。新型牵引车均为4轮驱动车辆,装有前、后钢板弹簧全弹性悬架。所采用的分置式液压传动系统中的输入元件变量液压泵和输出元件液压马达分开安装,使牵引车在总体布局上具有较大的灵活性。
  除了由于前后桥之间的轴距的差异,而采用了尺寸不同的转向梯形外,两车前桥结构相同,均为我国自主研发的大偏转角转向驱动桥。该桥采用了先进的轮边液压驱动技术,一对液压马达安装在左右转向驱动轮内。后桥则完全通用,选自民航行李牵引车的专用驱动桥,由一个布置在车架中间的液压马达通过差速器和半轴驱动左右后轮。这样的液压驱动系统仅需使用柔性导管向各驱动马达传输动力,并具有良好的轴间差速性能。以液压阀组和管道取代传统的前加力分动器和前传动轴,显著节省了车架的空间,使得两车通用的动力模块能够横置安装于前后桥之间的最低处。在这个动力模块中,整合了柴油机、变量液压泵、控制阀组、液压油箱及相关的滤清器、冷却器等附件。
  总体布局与外形虽然新型牵引车采用了通用模块,但由于使用方式不同,其总体布局和外形却有较大差别。
  有杆车为短头型,前桥布置在车身的最前部,使得接近角超过了40°。动力模块舱布置在驾驶室后面,再往后是设有8个可折叠座位并可载物的敞开式车厢,最后端装有牵引栓的后保险杠则兼有配重和登车踏板的功能。
  这样的类似于一辆“皮卡”的布局初看似乎并无新意,细斟却能体会其中的玄机。由于发动机中置,为驾驶室前方腾出了操纵前桥两端大偏角转向轮所需的足够空间,而两前轮之间的罩盖大角度前倾,又保证了驾驶室前视野。驾驶室后面的动力模块舱位置很低,也没有遮挡向后的视野。这样的布局既满足了驾驶员要能直接观察到前、后牵引栓的苛刻要求,又按照民航牵引车的标准把驾驶室高度控制在1.65米以下;既为牵引飞机的操作营造了适宜的驾驶环境,又能以较高的行驶速度和良好的通过性兼顾其它机场运载勤务的特点。不过这样的布局使前后桥间的轴距长达3.7米之多,虽然对于提高牵引作业和高速行驶时的稳定性有利,但对转向性能有负面影响。然而内轮最大偏角达75°以上的液压转向驱动桥弥补了这个缺陷,使该车转向圆直径仍保持在10米以内,与一辆小轿车相当。
  无杆车与有杆车的区别主要表现在车身的“头”和“尾”两端,中段的动力传动部件基本相同。无杆车的驾驶室前置,以使牵引车的最高点尽可能远离飞机机身的最低点。
  在研发过程中有两个值得注意的问题。首先,在牵引作业时应尽量压低牵引车的车顶,以免碰撞飞机。第二,在牵引车空驶时,应尽量增大接近角,以保证牵引车的通过性能。为兼顾以上两个问题,新型牵引车的驾驶室专门设有一套升降机构。该机构在平行升高驾驶室的同时,还使前车架上仰,使牵引车的接近角由8°提高到16°,并可承受前牵引栓传递的顶推力。
  车身后部装有表征无杆牵引车“身份”的飞机机轮夹持提升装置,采用了纵向辊轮机构,只需操纵一组液压缸即可自动顺序完成全部夹持提升动作。这种设计在简单、皮实等优点的基础上,增加了可自动识别被夹持机轮直径的装置,并进一步优化了机构的布局,改善了主要部件的受力状态。考虑到牵引车高速空驶和带载牵引两种工况对于悬架特性的不同要求,在夹持提升装置和后桥间设置了连锁机构,当牵引车“驮载”飞机前轮时,牵引车的后悬架板簧会被自动锁止。此外作为选装的附件,该车还配备了可拆装的后牵引架,使其也可以用传统的有杆方式牵引飞机,实际上是一种有杆、无杆两用型飞机牵引车。这种功能也是现有装备所不具备的。
  当新型牵引车族的无杆型样车出现在2006年北京国际机场技术、设备展览会上时,立即引起了观众,特别是国内外同行的广泛关注。[编辑/王瑾]
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