Vill du öka antalet Jumbo-hjul, minska bromsavståndet?

22

Om vikt inte var ett problem skulle ökningen av antalet huvudhjul på en jumbo som Airbus A380 från 20 till 40 hjul, vardera utrustade med bromskivor och bromsutrustning, med tanke på deras extra vikt, minska bromsavståndet.

Skulle det vara annorlunda om den nuvarande uppbyggnaden användes men med längre hjul och varje hjul var ihop med ett extrahjul, som med de flesta bakhjulenes mest släpvagns (articulated truck's) bakhjul?

    
uppsättning securitydude5 25.01.2018 12:17

6 svar

15

Öka antalet hjul med bromsar minskar bromsavståndet eftersom det finns fler friktionskällor för att omvandla den kinetiska energin. Dubbla antalet hjul per broms (jag tror det du frågar i den andra delen av frågan) skulle inte automatiskt minska bromsavståndet eftersom bromsarna är begränsade för att absorbera en viss mängd energi, men du kan göra en kraftfullare bromsa på ett par hjul än ett enda hjul av samma storlek som det finns mer grepp.

I verkligheten skulle detta inte göras eftersom det inte är nödvändigt, banbanans längd bestäms lika mycket med startlängden än bromsavstånd, du kan halvera bromsavståndet för alla flygplan och du skulle inte kunna minska banbanans längd.

    
svaret ges 25.01.2018 13:54
25

Vanligtvis erhålls en liten vinst.

Större flygplan använder anti-slipteknik. Anti-skid fungerar genom att modulera bromstrycket för att säkerställa att däcken aldrig glider. Det är viktigt att förstå förhållandet mellan ett däcks last, bromstryck och verklig fördröjningskraft. Se först på bilden:

Detvisarhurduökartrycketochhjuletbörjarglidalite(vriderlitelångsammareänvidfrittrullning),ochfriktionskoefficientenstigerkraftigt.Sedanefter10%glidninguppnåstoppkoefficientenochsåledesminskarretardationskraften.Anti-skidsyftartillatthållaglidlistansånära10%sommöjligt.Därförmaximerasfördröjningskraften.

Flygplanetsbromsarärtillräckligtstarkaförattlåsadäckenhelt,mendettaärskadligt(resulterari100%Slippage,såkanske20%retardationforceloss).Sådekanochbehålleroptimalglidning,därföranvänderduheladettillgängliga"greppet".

Vad händer nu med den här bilden om du lägger till hjul?

  • Om det tillsatta hjulet inte bromsas (som näshjulen är) då förlorar du bromsning . Faktum är att de bromsade hjulen kommer att ha en minskad vertikal belastning, så att de kommer att ge mindre fördröjningskraft. Det är ganska värdelöst.
  • Om vi lägger till bromsade hjul ser vi den tysta delen av vinsten. Låt oss se varför.

Se först den här bilden av känsligheten för däckbelastningen (den här visar lateral kraft under svängning, men längsgående kraft medan bromsning uppvisar samma egenskaper):

Det som är viktigt att notera är att när ett däck blir mer lastat, minskar dess förmåga att generera friktion.

Nu för en jumbo: När 20 hjul delar 500 ton last, ser varje däck 25t. med en standard friktionskoefficient på 0,8, varje däck genererar 20t retarding force, så totalt 400t retarding force.

Låt oss lägga till 2 hjul där inne. Nu ser varje hjul 22,7t last. Deras friktionskoefficient kan nu stiga till 0,82, vilket ger 18,6t, för totalt 410 ton. Säkert långt ifrån 40t som kan förväntas naivt från att lägga 2 bromsade hjul! Bara belastningskänsligheten gör oss till en vinst.

Det blir då det vanliga spelet av avvägningar. Hur mycket massa spenderas på större landningsredskap och hjul och ytterligare bromsar, jämfört med förstärkningen av hårdare bromsning (och därmed även starkare landningsben?)

Avsikten var att Airbus-killarna beslutade att handeln stoppades vid 20 hjul (eftersom 25t last på ett enda däck är det maximala som marken skulle kunna hantera) men de störde inte ens att bromsa dem alla, om jag bara kommer ihåg bara 4 av de 6 hjulen på huvudmossorna är bromsade! Så om du vill förbättra bromsverkningsgraden:

  • Installera bättre däck på bromsade hjul
  • Bromsa de icke-bromsade huvudhjulen
  • Gör några smarta Aero-ändringar för att öka Aero Downforce & dra
  • Lägg till bromsade hjul (och förbered dig för att hysa dem i huvuddelen ... lycka till!)
  • Bromsa näshjulen (men det skulle vara fruktansvärt svårt eftersom det aldrig var konstruerat för det)
  • svaret ges 25.01.2018 18:39
    10

    Här är något på Physics.SE som du kan hitta intressant.

    Det handlar om kraft och massa, inte kontaktområdet.

    Fler hjul, samma bromsar = ingen ändring

    Att lägga till fler hjul men att ha samma antal bromsar skulle ha försumbar påverkan på stoppavståndet, eftersom den totala kraften som går igenom hjulen och bromsarna skulle vara densamma och massan förändras litet.

    Det skulle finnas fler hjul, men var och en tar en mindre last, så det finns ingen extra friktion mellan hjulen och marken. Där kanske några ytterligare krafter från extra lager och lite extra massa från hjulen, men det skulle vara försumbar när det gäller stoppavstånd.

    Det finns samma antal bromsar så att de ger samma kraft så att de inte spelar någon roll.

    Samma hjul, fler bromsar = kortare avstånd (möjligen)

    Om vi lägger till extra bromsar på varje hjul (eller större bromsar) som gör det möjligt för oss att tillämpa mer kraft på skivorna, så har vi mer bromskraft och därför kommer flygplanet att stanna på kortare avstånd.

    Det finns några problem med det här:

    • Värmebembringar ger upphov till mycket värme som måste släppas, mer / större bromsar kommer att generera mer värme. Om bromsarna blir för heta kommer de att misslyckas och då kan du inte sluta i tid.
    • Strukturella gränser - att öka styrkan genom strukturen kan göra att den misslyckas, vilket kan vara katastrofalt.
    • Hjul - lägg till mycket kraft / värme genom hjulen och de kan misslyckas också. Det kan kanske spränga om värmen / krafterna är för mycket eller helt enkelt skidda om för mycket kraft appliceras för snabbt. Det finns liknande system till ABS på bilar för flygplan som kan hjälpa till med detta (tack vare Michael för länken) .

    Fler hjul, mer bromsar = kortare sträcka

    Lägga till fler hjul med fler bromsar löser de viktigaste problemen med scenariet "samma hjul, fler bromsar".

    Varför gör flygplanstillverkare inte detta? Tja alla dem extra hjul och bromsar är massa som är dyr att transportera onödigt.

        
    svaret ges 25.01.2018 15:21
    2

    Det är en kompromiss, precis som vad som helst med flygplandesign.

    Fler hjul + fler bromsar innebär ett kortare stoppavstånd. Men ...

    Fler hjul betyder mer vikt, lite mer, för att rymma extra landningsutrustning, extra retraktions / förlängningsutrustning, extra lagring samtidigt som den återkallas, extra underhåll för alla extra saker, etc. ... det betyder färre betalande kunder och högre driftskostnader. Detta betyder också fler saker som kan gå fel.

    Mer bromsning innebär fler belastningar som utsätts för betalande kund. Jag minns att jag var på en C130 när piloterna praktiserat sin korta landning: full omvänd rekvisita strax före touchdown, full bromsning. Vi träffade (och jag menar HIT) landningsbanan med en mycket hög clang, då slog vi framåt när planet kom till ett mycket snabbt stopp. Det var ... dramatiskt ... kul när du är tjugo någonting i militär träning, men jag är inte säker betalande kunder skulle vilja ha det.

    Som andra har nämnt är begränsningen också startavstånd. Gör inte mycket bra för att kunna stoppa i 500 fot, om startavståndet är 2000 meter. Du behöver fortfarande en lång landningsbana om du vill få planet ut ur flygplatsen.

    En möjlighet skulle vara säkerhet vid en nödsituation, men antalet luftfartygsolyckor som kunde ha förhindrats med fler hjul för bromsning är extremt liten.

    Nuvarande flyglinjebromsar är konstruerade för att uppfylla kraven, medan de är så lätta och så tillförlitliga som möjligt.

        
    svaret ges 25.01.2018 18:42
    1

    Absolut, korrekt utformad, fler hjul och fler bromsar får dig ett kortare stoppavstånd.

    Men det finns mycket mer går in i landningsredskapets och bromssystemets konstruktion än vad du kanske skulle tänka dig. Bromssträcka och kraft är bara en faktor som anses vara en del av den designen och är mer eller mindre fast för en viss flygplansstil eftersom banbanans längd definieras av start mer än landning.

    Andra faktorer som är balanserade för att uppnå det uppenbarligen inkluderar vikt, utrymme för att stoppa landningsutrustningen, tillverkningskostnader, underhållskostnader, tillförlitlighet och viktigare värmeavledning. Att stoppa en bred kroppsstråle genererar mycket värme i bromsarna, som måste släppas snabbt för att förhindra överhettning och brand.

    Fördubbling av hjul kan med böjda bromsar få dig mer bromsning, men du måste nu också ha en starkare vagn och fästelement för att absorbera bromskraften och återigen en större hjulbricka.

    Hur mycket du vill bromsa är också dikterad av passagerarkomfort. Bromsa för hårt och du är öppen för personskador och rättegångar.

    Det är en komplex uppsättning motstridiga krav. Att lägga till fler hjul och bromsar skulle göra stoppet enklare, men till en betydande kostnad.

        
    svaret ges 25.01.2018 14:30
    1

    nej, och det är på grund av hur däcken fungerar.

    Gränserna är däckadhesion och bromskapacitet. Det senare är inte den begränsande faktorn - vidhäftning är.

    Adhesion är ungefär proportionellt mot vikt på däck. Specifikt, kontakta patch area (kvadrat) x vikt per kvadrattum, men du märker kvadrattum faktor ut , vilket innebär att endast vikt på däcken. Det är mer komplicerat än det här, det här är prep school versionen, och där är någon inställning görs - men det har gjorts. Och det hjälper inte det mycket.

    Ta min bil (tack). Den har 600 pund på ett framdäck. Hur stor är kontaktplåstret? Det är faktiskt enkelt: Däcktrycket är 30 PSI. 600lb dividerad med 30 lb / kvm. = 20 kvm Kontaktpress är, du gissade det, 30 pund per kvadrattum.

    Vad händer om jag minskar mitt lufttryck till 20 PSI? OK, nu 600/20 = 30 kvadratcentimeter plåster. Med 20 PSI kontaktområde.

    Vilka bromsar bättre? Det är ganska nära en tvätt. 30x20 ~ = 20x30 = ~ 600.

    Vad händer om jag lägger blylås till min främre ände? Nu är min vikt 750 kg / däck (25% mer). JA! Jag får 25% bättre vidhäftning och därigenom bromskraft. Bortsett från att jag nu har 25% mer massa att sluta! Så det går inte längre snabbare.

    OK, så du tar en 747 och byter ut sina 4-hjuliga bogeys med magiska 6-hjuliga bogeyar som väger samma. 50% fler hjul, eller hur? 50% mer kontaktområde, eller hur? Nej. Tänk på hur kontaktområdet är bestämt. Samma däcktryck men varje däck bär 2/3 vikten som tidigare, så kontaktplåstret är 2/3 storlek. Du slutar med exakt samma kontakt patch (i kvadrattum) och exakt samma kilo per kvadrattum som du hade med 4-hjuliga bogeys.

    Om du vill öka kontaktplåstret 50%, ändå minska däcktrycket 33%. Men precis som min bil skulle det inte heller hjälpa dig.

    Alla dessa faktorer tvättar (grovt). Den avgörande faktorn vid vidhäftning är vikt på bogeys .

    Om det bara fanns ett sätt att öka vikten på hjul utan att öka fordonsmassan .

    Detfinnssvaret.Detärenaerodynamisklyftytasomskjuternerpådäcken.dessabilargårmycketsnabbtnogförMarlboroförattvaraaerodynamiskteffektiv.Dethärfungerar.Vikt-på-däckenökarsåattvidhäftningenökariproportion.Fordonsmassanökasintesåattdenbromsarmotsvarandebättre.

    Görsammasakpåettflygplan.Komuppmedettsättattfästaenstorvingeavnågotslagdirektöverhuvudväxeln.Ochsättuppdetförattgenereradownforce.

    Menintesäkerpåhurmangördet.Kanskedetta?;-)

        
    svaret ges 27.01.2018 05:32