Dušan Slavětínský: O letadlech
Koncepce přistávacího zařízení
Zpět     Koncepce letadel

Přistávací zařízení (podvozek) je soustava opěrných bodů, na níž letadlo spočívá na zemi, ať už v klidu nebo při pojíždění a která letadlu umožňuje rozjezd pro vzlet a dojezd po přistání. Podle typu terénu, v němž je letadlo provozováno, rozdělujeme podvozky na kolové pro pozemní plochy, lyžové pro zasněžený nebo ledový terén a plovákové pro provoz na vodních plochách. V této stati se budeme zabývat především podvozky kolovými.

Na konstrukci podvozků je kladena řada požadavků, z nichž nejdůležitější jsou:

• podvozek musí spolehlivě zajistit, aby žádná jiná část letounu během pojíždění, vzletu a přistání nemohla přijít do kontaktu se zemí. To platí i v extrémních situacích plného stlačení tlumiče kritické podvozkové nohy při zcela prázdné pneumatice
• musí v maximální možné míře pohltit kinetickou i potenciální energii přistávajícího letounu, aby se na rozumnou míru snížil přistávací ráz zatěžující celý letoun
• pohyb letounu po zemi musí být stabilní, spolehlivě řiditelný a musí být možné účinné brzdění
• podvozek musí zajistit letadlu dostatečnou průchodnost  na všech typech letišť, na nichž má být letoun provozován
• podvozkové nohy nesmí mít žádný sklon ke kmitání (shimmy)
• podvozek musí mít minimální hmotnost při dostatečné pevnosti, tuhosti a životnosti
• musí být konstruován tak, aby měl minimální aerodynamický odpor. Pro rychlejší letouny bývá navržen jako zasouvací.

Za 100 let vývoje letadlové techniky se uspořádání podvozků ustálilo na třech nejobvyklejších schématech. Jsou to podvozky ostruhového typu, podvozky s příďovým kolem a podvozky tandemové (bicyklové). Jednotlivé typy budou popsány a vzájemně srovnány v následujících odstavcích. Některé hlubší podrobnosti budou vyloženy v kapitole "Konstrukce podvozků".


Podvozek s ostruhovým kolem




Sestává z hlavního podvozku umístěného bezprostředně před těžištěm letounu (viz obr. 2.)  a ostruhy umístěné na jeho zádi. V prvopočátcích létání nebývala ostruha často ani opatřena kolečkem, byla to pouze smykající patka. (Obr. 1).


Pojíždění a pozemní manipulace s takovým podvozkem byly nepohodlné a často se neobešly bez pomoci pozemního personálu. Proto byly kluzné ostruhy v průběhu 30. let min. stol. vytlačeny ostruhou s vlečeným kolečkem, nejprve volně otočným, později ostruhou řízenou s možností vypínání řízení při pozemních manipulacích s letounem (otáčení na místě, tlačení letounu pozpátku  a pod.).

Rozhodující podíl z celého zatížení podvozku přenáší dvě hlavní kola. Na ostruhu připadá v průměru 6 - 10% celkového zatížení.

Pro letoun s tímto typem podvozku je charakteristický postoj na zemi - skloněná podélná osa letounu - s vysoko zdviženou přídí. (Obr. 2.). Správně letoun přistává na tři body, t.j. bezprostředně před dosednutím jsou kola letounu stejně vysoko nad zemí jako ostruha a křídlo letounu je ofukováno pod úhlem náběhu,


který odpovídá bezprostřední blízkosti vrcholu poláry, což znamená, že letoun v tomto okamžiku už letí minimální možnou rychlostí. Při dalším poklesu rychlosti pak dochází ke ztrátě vztlaku a letoun přistane - prosedne z malé výšky - současně na kola a ostruhu.

Podvozek s ostruhovým kolem však vykazuje několik nepříjemných vlastností a nevýhod, které vyjmenujeme v níže uvedené tabulce . Jedinými výhodami tohoto typu podvozku oproti typům ostatním je jeho menší hmotnost a jeho konstrukční jednoduchost. Tato pozitiva však mají takovou váhu, že podvozek s ostruhovým kolem se dosti často používá u nejmenších a nejlacinějších letadel přes všechny jeho nevýhody i dnes.

Nevýhody ostruhového podvozku jsou:

• Skloněná podélná osa trupu má za následek zhoršený výhled před letoun při pohybu po zemi. Zejména u jednomotorových letounů s objemným motorem není před letoun vidět vůbec, pilot se při pojíždění, při rozjezdu a při výběhu po přistání orientuje pouze výhledem do stran. Obzvlášť veliké problémy to působí při pojíždění.
• Náročná pilotáž v počáteční fázi vzletu. Celý rozjezd nelze uskutečnit s ostruhou na zemi, letoun má v tomto režimu veliký aerodynamický odpor (křídlo pracuje na vrcholu poláry). Tím by se vzlet velmi podstatně prodloužil a odlepení ze tří bodů - pokud by se vůbec podařilo - by bylo nebezpečné tím, že by letoun po odlepení letěl na hranici pádové rychlosti. Proto musí pilot v průběhu rozjezdu potlačením výškového kormidla odlepit ostruhu od země a postavit letoun na kola. Nesmí to však udělat dřív než dosáhne rychlosti, při níž je plně učinné směrové kormidlo, odlepením ostruhy při nízké rychlosti by ztratil schopnost směrového řízení. Přitom letoun sám o sobě směr neudrží, vybočení může způsobit nestabilita podvozku (viz dále), gyroskopický moment vrtule při zvedání zádě, kroutící moment motoru, nerovnosti na dráze, boční vítr.
• Náročná pilotáž v závěrečné fázi přistání. Pokud letoun přistává na tři body, ale ne zcela přesně, dotkne se hlavními koly dříve než ostruhou a svislá setrvačná síla v působící v těžišti letounu spolu s reakcí kol hlavního podvozku vyvolá rotaci letounu. Rychlý pokles zádi a odpovídající zvětšení úhlu náběhu zvýší vztlak na křídle a letoun od země odskakuje.
• Podvozek tohoto typu je ze své podstaty nestabilní. Pokud dojde k náhodnému vybočení, vznikne působením odporových sil na kolech a setrvačné reakce v těžišti letounu destabilizační moment, který se snaží zvětšit vybočení. Nezasáhne-li pilot, může vybočení přerůst v nekontrolovanou rotaci kolem svisle osy (hodiny).
• Při náhodném vybočení při již odlepené ostruze vznikne působením odstředivé síly v těžišti a reakce na kolech destabilizační moment, který se snaží zatáčení urychlit. Opět tendence k hodinám.
• Při razantním brzdění vzniká klopivý moment na hlavu. Při malé dopředné rychlosti a tím i nedostatečné účinnosti ocasních ploch může být tento moment výškovým kornidlem nezvládnutelný a letoun se převrátí na nos.

O problémech stability při vybočení a zatáčení bude pojednáno podrobněji v kapitole "Konstrukce podvozků".


Podvozek s příďovým kolem



Tento novější typ podvozku se začal prosazovat v závěru 30. let min. stol. Jedny z prvních masově vyráběných letounů vybavených takovým podvozkem byly např. stihací Lockheed P-38 Lightning (na obrázku), Bell P-39 Airacobra a bombardér North American B-25 Mitchell. Historicky byl označován jako "tříkolový podvozek" oproti dřívějším podvozkům "dvojkolovým". Obě tato označení ovšem byla nepřesná, poněvadž některé ty "dvojkolové" podvozky měly i ostruhové kolo, měly tedy kola tři . Jednoznačné a přesné pojmenování je tedy podvozek s příďovým kolem.

Hlavní podvozek je u tohoto uspořádání umístěn malé vzdálenosti za těžištěm letounu (obr. 3, 4), příďové kolo bývá pod přídí trupu. I u tohoto typu podvozku zůstává hlavní podíl z celkového zatížení na jeho hlavních kolech a na ostruhu připadá v průměru 6 - 20% celkového zatížení. Celý podvozek je těžší a složitější než podvozek ostruhový.



K větší hmotnosti příďové podvozkové nohy ve srovnání s ostruhou vede jednak to, že dík menšímu rozvoru je příďový podvozek staticky zatížen více než ostruhový, jednak to, že příďový podvozek je navíc významně zatěžován setrvačnými silami při brzděném pojezdu letounu. (Obr. 4). Příďová noha při brzdění vyvažuje svou reakcí klopivý moment od setrvačných sil, přičemž vyvažovací dvojice hlavní podvozek odlehčuje a příďovou nohu přitíží.



Podepření nosu letounu příďovou nohou ovšem zabraňuje převrácení na nos při brzdění a odstraňuje tak jednu z vážných nevýhod podvozků ostruhových.

Vedle větší hmotnosti, větší složitosti a tedy i větších výrobních nákladů má podvozek s příďovým kolem i několik dalších nevýhod. V případně pevného podvozku má vyšší aerodynamický odpor, než nezasouvatelná ostruha a u jednomotorových letounů s zasouvacím podvozkem zase vznikají vážné potíže se zavěšením příďové nohy a s vytvořením prostoru, do nějž se noha s kolem zasouvá. Za jistou nevýhodu lze považovat i okolnost, že jakákoli porucha příďové nohy může vyvolat obzvlášť při přistání podstatně vážnější a obtížnější situaci než stejná porucha ostruhy.

Ovšem špatné vlastnosti ostruhových podvozků uvedené v předchozích odstavcích podvozek s příďovým kolem téměř beze zbytku odstraňuje:

• Trup v klidovém postoji má polohu vodorovnou nebo má jen velmi malý úhel postoje ( 2° - 3°). Výhled před letoun umožňuje bezpečné pojíždění bez nebezpečí kolizí s překážkami.
• Vzlet je mnohem snadnější než na letounu s ostruhou. Rozjezd se provádí na třech bodech s relativně malým aerodynamickým odporem. Po dosažení rychlosti potřebné pro vzlet pilot mírným přitažením řidicí páky zvedne příďové kolo, čímž zvětší úhel náběhu a zvýší vztlak na míru potřebnou pro let. Letoun je po celou dobu rozjezdu plně směrově řiditelný, v počateční fázi rozjezdu příďovým kolem, v okamžiku odlepení již spolehlivě funguje směrové kormidlo.
• Přistání je mnohem snadnější, než na ostruhovém podvozku. Letoun v závěrečné fázi přistání dosedá se zdviženou přídí při minimální rychlosti na hlavní kola, příďové kolo je stále zdviženo. Při dosednutí vyvolá setrvačná sila působící v těžišti rotaci letounu vedoucí ke zmenšení úhlu náběhu, zmenšení vztlaku a ke spolehlivém usazení letounu na zemi. Letoun nemá tendenci k odskakování. Existuje jisté riziko přetaženého přistání, při němž se letoun, ač by neměl, dotkne země zadní častí trupu. Ta bývá proti tomu chráněna bodkou, lyžinou nebo nárazníkem a v převážné většině případů takový kontakt v sobě neskrývá vážnější nebezpečí a nemívá závažné  následky.
• Podvozek s příďovým kolem je stabilní. Pokud dojde k náhodnému vybočení, vznikne působením odporových sil na kolech a setrvačné reakce v těžišti letounu stabilizující moment, který eliminuje vybočení.
• Vzhledem k podepření nosu trupu příďovou nohou nemůže se letoun ani při velmi prudkém brzdění převrátit na nos.



Tandemový podvozek



Tento podvozek, označovaný někdy také "bicyklový" byl použit poprvé ve 40. letech minulého století pro bombardéry, jež měly sloužit jako nosiče jaderných zbraní. Pravděpodobně prvním z nich byl výše vyobrazený Boeing B-47 Stratojet, později to byly sovětské bombardéry konstruktéra Mjasiščeva (M -2, M-4, 3M a další). Tyto letouny měly společný problém - jak vhodně umístit přistávací zařízení. Byly to vesměs hornoplošníky s výrazně šípovým křídlem, což velmi omezovalo možnost zastavět podvozek do křídla nebo motorových gondol. Zástavbu do trupu či do trupových podvozkových gondol zase znemožnila nutnost objemnou pumovnici v trupu umístit co nejblíž k těžišti letounu.



Řešením se stal podvozek tandémový. Hlavní podvozek sestává se zadního kola (nebo soustavy kol či podvozkového vozíku) umístěného v ose trupu za pumovnicí a z příďového kola (nebo soustavy kol) v přední části letounu. Příďová noha je otočná a umožňuje řízení směru při pohybu letounu na zemi. Aby byl letoun podepřen proti převrácení do strany je vybaven po obou stranách pomocnými opěrnými koly pod křídly. (Obr. 5). V odlehčeném stavu jsou opěrné nohy kratší, než nohy hlavního podvozku, nicméně při statickém propérování hlavních kol, tedy při postoji na zemi, se dotýkají země i obě podpěrná kola, letoun stojí na čtyřech bodech. Zadní kolo je umístěno za těžištěm letounu (někdy i dosti daleko). Ostatní kola se dotýkají před těžištěm, podpěrná co nejblíž k těžištní ose, přední je vzdálené podle konstrukčích možností.

Obvyklé geometrické uspořádání je zřejmé z obr. 5. Podobá se geometrii podvozku s příďovým kolem, liší se však významně velikostmi úhlů a, b ,g. V první řadě - zadní kolo je posunuto oproti podvozku s příďovým kolem výrazně dozadu. Toto posunutí má za následek nemožnost zvednutí příďového kola při vzletu prostým přitažením řidicí páky, neboť síla generovaná výškovým kormidlem je při rychlosti nutné pro odlepení letounu ještě nedostačující. Proto bývá příďová noha konstruována delší, aby úhel postoje dovolil letounu odlepení z polohy při obou kolech na zemi. To ovšem znamená, že celý rozjezd vždy probíhá na vyšším úhlu náběhu, tím i s vyšším odporem a tím se prodlužuje délka dráhy potřebná pro vzlet. U některých pozdějších typů je tato nepříjemnost vyřešena tím, že přední noha je teleskopická, rozjezd probíhá na zkrácené noze při malém úhlu postoje a v okamžiku kdy je potřeba zvednout příďové kolo se noha prodlouží pomocí hydrauliky až k dosažení úhlu potřebného pro odlepení letounu. Takové řešení  je ovšem na úkor hmotnosti i ceny letounu.

Rozdělení zatížení mezi přední a zadní podvozek se pohybuje v dosti širokých mezích. Příďové kolo bývá staticky zatíženo podílem 20% - 45% celkové hmotnosti letounu. Z toho plyne, že konstrukce příďové nohy bývá podstatně těžší a robustnější, než u podstatně méně zatíženého klasického podvozku s příďovým kolem.

Díky tomu, že hlavní podvozek je umístěn v rovině souměrnosti a v rovině souměrnosti leží i působiště na něj působících jízdních odporů, případně brzdných sil, je podvozek velmi stabilní a dobře drží směr i na méně kvalitním povrchu letiště. Vyšší nároky ovšem klade na pilotáž pří přistání, obzvlášť při stranovém větru. Při vybočeném přistání nebo při přistání s náklonem je totiž nebezpečně přetěžována jedna z křídelních podpěrných noh a může velmi snadno dojít k jejímu poškození.



Jiná kategorie letounů, která s výhodou využívá tandemových podvozků jsou letouny s možnosti kolmého vzletu a přistání. U těch jsou totiž do prostoru, který je běžně na letounu využíván pro umístění podvozku, nasměrovány vznášecí trysky motoru. Podvozek vystavený proudu spalin by pak byl přetěžován tepelně, mechanicky i nečistotami ze spalin. Podvozek tandemový je pro ně lepší alternativou.



Za jinou formu tandemového podvozku můžeme označit podvozek bombardéru Boeing B-52. (Obr. 6).Ten totiž nemá dvojici kol v ose souměrnosti, je to čtyřkolka s párem zadních a párem předních kol po stranách trupu, ovšem s tak malým rozchodem kol, že v půdorysu nepřesahují obrys trupu. I tento podvozek musí být opatřen podpěrnými koly pod křídly a jeho podélná geometrie rovněž nese všechny atributy podvozků tandemových. Rovněž jeho provozní vlastnosti jsou velmi podobné s vlastnostem podvozků tandemových.

Zajimavostí podvozku B-52 je, že nejen přední kola jsou řiditelná, ale že je možné natočit všechny páry kol. To umožňuje například vzlet se stranovým větrem, kdy letoun je natočen celý o malý úhel proti větru a kola běží rovnoběžně se směrem dráhy.


Podvozky těžkých letadel

Zpět     Koncepce letadel
Poslední aktualizace 25.04.2010 23:23:52