摘 要:本文以某民用運(yùn)輸飛機(jī)的剎車系統(tǒng)為例,分析了當(dāng)前民航運(yùn)輸類飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)CCAR25部中剎車系統(tǒng)主要適航條款,提出了剎車系統(tǒng)航條款的符合性說明方法和驗(yàn)證思路。
關(guān)鍵詞:剎車系統(tǒng) 適航要求 符合性
中圖分類號(hào):TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2013)05(a)-0076-02
飛機(jī)剎車系統(tǒng)是飛機(jī)起飛著陸系統(tǒng)的組成部分之一,對(duì)飛機(jī)的安全起降極為重要。民用飛機(jī)的特點(diǎn)是安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保,其中安全是第一位的。適航標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)民用航空產(chǎn)品制定的最低安全標(biāo)準(zhǔn),是民用飛機(jī)適航審定的基本依據(jù)。中國民航總局于2011年11月7日發(fā)布了運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR25部的第四次修正版,即CCAR-25-R4,其中25.735條款“剎車”進(jìn)行了更新,表明局方對(duì)剎車提出了新的要求。
1 剎車系統(tǒng)概述
民用飛機(jī)的剎車系統(tǒng)一般由剎車裝置和剎車控制系統(tǒng)構(gòu)成。剎車裝置是指能量吸收裝置,現(xiàn)役的飛機(jī)多采用碳-碳復(fù)合材料,通過多組碳盤間的摩擦來吸收飛機(jī)著陸時(shí)的巨大動(dòng)能。剎車控制系統(tǒng),現(xiàn)代飛機(jī)一般采用電傳、液壓作動(dòng)來控制剎車裝置。
某民用運(yùn)輸機(jī)的剎車系統(tǒng)采用電傳、液壓作動(dòng)方式,由正常剎車系統(tǒng)、備份剎車系統(tǒng)、停機(jī)剎車系統(tǒng)組成,系統(tǒng)為100%備份。正常剎車系統(tǒng)由剎車控制盒、2個(gè)剎車控制雙閥、液壓保險(xiǎn)及壓力傳感器組成;備份剎車系統(tǒng)由備份剎車控制盒、2個(gè)剎車控制單閥、液壓保險(xiǎn)及壓力傳感器組成;停機(jī)剎車系統(tǒng)主要有蓄壓器、停機(jī)剎車控制閥及停機(jī)剎車開關(guān)構(gòu)成。
系統(tǒng)主要有三種工作模式,分別為正常剎車、備份剎車和應(yīng)急剎車。正常剎車時(shí),剎車控制盒控制剎車控制閥輸出預(yù)定壓力實(shí)施剎車。正常剎車系統(tǒng)故障時(shí),啟動(dòng)備份剎車系統(tǒng)。備份剎車系統(tǒng)由備份剎車控制盒控制,也具有防滑功能、接地保護(hù)、輪間保護(hù)功能。備份剎車系統(tǒng)失效后,可由飛行員通過駕駛艙防滑解除開關(guān)切換到模擬模塊的應(yīng)急剎車模式,此時(shí)不帶防滑保護(hù)。
其中收上止轉(zhuǎn)剎車由備份剎車控制盒控制完成。停機(jī)剎車為電控方式,停機(jī)剎車開通后,剎車控制盒控制正常剎車控制閥輸出最大壓力后,關(guān)閉停機(jī)剎車閥,實(shí)現(xiàn)停機(jī)剎車。
正常剎車采用1號(hào)液壓系統(tǒng)供壓,備份剎車采用2號(hào)液壓系統(tǒng)供壓,當(dāng)飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)失效時(shí),蓄壓器將提供壓力,使飛機(jī)具有不低于8小時(shí)的停機(jī)能力。
2 主要適航條款的考慮
CCAR 25.405條款規(guī)定:次操縱器件,例如機(jī)輪剎車、擾流板和調(diào)整片的操縱器件,必須按一個(gè)駕駛員很可能施于這些操縱器件的最大作用力進(jìn)行設(shè)計(jì)。可以采用下列數(shù)值(如表1)。
(1)限于襟翼、調(diào)整片、安定面、擾流板和起落架使用的操縱器件。
條款中明確的提到“機(jī)輪剎車”操縱器件的操縱力須根據(jù)這些駕駛員可能施加的最大作用力進(jìn)行設(shè)計(jì)。
機(jī)輪剎車系統(tǒng)的操縱器件有:自動(dòng)剎車選擇開關(guān)、停機(jī)剎車開關(guān)、防滑解除開關(guān)及剎車腳蹬。其中自動(dòng)剎車選擇開關(guān)為多位旋鈕開關(guān),防滑接觸開關(guān)為兩位撥動(dòng)開關(guān),停機(jī)剎車開關(guān)為兩位旋鈕開關(guān),均不涉及載荷,涉及載荷就只有剎車腳蹬。當(dāng)采用人工剎車模式時(shí),飛行員對(duì)剎車腳蹬施加力,腳蹬機(jī)構(gòu)中的腳蹬位置傳感器將飛行員施加的載荷轉(zhuǎn)換成剎車系統(tǒng)可以識(shí)別的控制信號(hào),從而控制剎車盤上的剎車力,達(dá)到控制飛機(jī)的目的。要滿足25.405條款,就要求設(shè)計(jì)剎車腳蹬機(jī)構(gòu)及傳感時(shí),考慮到駕駛員的限制作用力,剎車力度設(shè)置既不能太小,讓飛行員很容易施加最大剎車力,也不能太大以至于飛行員難以施加足夠剎車力。
CCAR25.735剎車是機(jī)輪剎系統(tǒng)的最主要條款,并且CCARR4將其進(jìn)行了更新,使之與FAR25、CS-25的適航要求一致。這就給民用飛機(jī)的適航帶來了新的挑戰(zhàn)。條款規(guī)定有以下幾點(diǎn)。
1)批準(zhǔn)。每一包含機(jī)輪和剎車的組件都必須經(jīng)批準(zhǔn)。
2)剎車系統(tǒng)能力。剎車系統(tǒng)及其相關(guān)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)和構(gòu)造成。
①如果任何電氣、氣動(dòng)、液壓或機(jī)械連接元件或傳動(dòng)元件損壞,或者任何單個(gè)液壓源或其它剎車能源失效,能使飛機(jī)停下且滑行距離不超過第25.125條規(guī)定的滑行距離的兩倍。
②無論在飛行中或在地面上,剎車或其附近元件失效后從剎車液壓系統(tǒng)泄漏的液體都不足以引起或助長有危害的火情。
3)剎車控制。剎車控制必須設(shè)計(jì)和構(gòu)造成:
①操作時(shí),不需要額外的控制力。
②如果安裝了自動(dòng)剎車系統(tǒng),必須有措施如下。
a預(yù)位和解除預(yù)位該系統(tǒng)。
b允許駕駛員使用手動(dòng)剎車超控該系統(tǒng)。
4)停留剎車。飛機(jī)必須具有停留剎車裝置,當(dāng)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)為最大推力,同時(shí)其它任何或全部發(fā)動(dòng)機(jī)為直到最大慢車推力的最不利組合時(shí),打開停留剎車裝置后,無須進(jìn)一步關(guān)注就可以防止飛機(jī)在干燥的帶鋪面的水平跑道上滾動(dòng)。該裝置必須放在適當(dāng)?shù)奈恢没虺浞直WC避免誤操作。當(dāng)停留剎車沒有完全釋放時(shí),駕駛艙中必須有提示。
5)防滑系統(tǒng)。如果安裝了防滑系統(tǒng)會(huì)有以下情況。
①無須外部調(diào)整就可以在預(yù)期的任何跑道情況下進(jìn)行滿意地操作。
②在所有情況下必須優(yōu)先于自動(dòng)剎車系統(tǒng)(如果安裝)。
6)動(dòng)能容量。
①設(shè)計(jì)著陸停止。設(shè)計(jì)著陸停止是在最大著陸重量下可操作的著陸停止。必須確定每一個(gè)機(jī)輪、剎車和輪胎組件的設(shè)計(jì)著陸停止剎車動(dòng)能吸收要求。必須通過測功器測試驗(yàn)證,在整個(gè)定義的剎車磨損范圍之內(nèi)機(jī)輪、剎車和輪胎組件能夠吸收不少于該水平的動(dòng)能。必須達(dá)到飛機(jī)制造商剎車要求的能量吸收率。平均減速率必須不小于10fps2。
②最大動(dòng)能加速停止。最大動(dòng)能加速停止是在最臨界的飛機(jī)起飛重量和速度組合狀態(tài)下的中止起飛狀態(tài)。必須確定每一個(gè)機(jī)輪、剎車和輪胎組件的加速停止剎車動(dòng)能吸收要求。必須通過測功器測試驗(yàn)證,在整個(gè)定義的剎車磨損范圍之內(nèi)機(jī)輪、剎車和輪胎組件能夠吸收不少于該水平的動(dòng)能。必須達(dá)到飛機(jī)制造商剎車要求的能量吸收率。平均減速率必須不小于6fps2。
③最嚴(yán)酷的著陸停止。最嚴(yán)酷的著陸停止是在最臨界的飛機(jī)著陸重量和速度組合狀態(tài)下的停止。必須確定每一個(gè)機(jī)輪、剎車和輪胎組件最嚴(yán)酷的停止剎車動(dòng)能吸收要求。必須通過測功器測試驗(yàn)證,在剎車熱庫達(dá)到完全磨損極限情況下,機(jī)輪、剎車和輪胎組件能夠吸收不少于該水平的動(dòng)能。對(duì)于極不可能的失效情況或當(dāng)最大動(dòng)能加速停止能量更嚴(yán)酷時(shí),不必考慮最嚴(yán)酷的著陸停止。
7)高動(dòng)能測功器停止后的剎車狀態(tài)。按照本條(f)要求的高動(dòng)能剎車試驗(yàn)停留剎車迅速和完全地作用了至少3 min后,必須證明,從停留剎車作用起至少5 min不能發(fā)生狀況(或者在停止期間不能發(fā)生),包括輪胎或機(jī)輪和剎車組件的火情,可能妨礙安全和完全撤離飛機(jī)。
8)儲(chǔ)備能量系統(tǒng)。如果使用儲(chǔ)備能量系統(tǒng)滿足本條(b)(1)的要求,必須向飛行機(jī)組提供可用儲(chǔ)備能量指示。對(duì)于以下情況,可用的儲(chǔ)備能量必須充足以下幾點(diǎn)。
①當(dāng)防滑系統(tǒng)沒有工作時(shí)至少可完成六個(gè)完整的剎車。
②在飛機(jī)經(jīng)審定的所有跑道表面條件下,當(dāng)防滑系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)飛機(jī)完全停止。
8)剎車磨損指示器。對(duì)于每一個(gè)剎車組件,必須有措施保證在熱庫磨損達(dá)到許可的極限時(shí)有指示。該措施必須可靠并容易看到。
9)過熱爆裂保護(hù)。對(duì)于每個(gè)帶剎車的機(jī)輪,必須提供措施防止由于剎車溫度升高導(dǎo)致的機(jī)輪失效和輪胎爆裂。并且,所有機(jī)輪必須滿足第25.731條(d)的要求。
10)兼容性。機(jī)輪和剎車組件與飛機(jī)及其系統(tǒng)兼容性必須經(jīng)過驗(yàn)證。
對(duì)25.735(a)條款,由于機(jī)輪和剎車都是由專門的制造商提供,有較為完善的設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn),由制造商向局方表明其符合性,即可滿足此條適航要求。
25.735(b)①條要求單一元件的損壞不能降低剎車系統(tǒng)的剎車能力,這一條可以從剎車系統(tǒng)的架構(gòu)上來說明:由于飛機(jī)有兩套獨(dú)立的100%備份的剎車系統(tǒng),還有蓄壓器可以提供應(yīng)急情況下的液壓能源,其中一套剎車系統(tǒng)的元件損壞,即使是核心部件損壞,只要飛機(jī)可以及時(shí)切換到另一套剎車系統(tǒng),飛機(jī)仍具有100%的剎車能力。
25.735(b)②關(guān)注的是從剎車泄漏出來的液壓油的防火問題。這條可以通過2點(diǎn)來說明:①采用的液壓油具有阻燃特性,不會(huì)助長火勢:②剎車系統(tǒng)的管路中裝有液壓保險(xiǎn),當(dāng)短時(shí)間內(nèi)流過液壓保險(xiǎn)的液壓油超過一定量,即液壓油泄漏超過一定量時(shí),液壓保險(xiǎn)會(huì)自動(dòng)切斷液壓回路,阻止液壓油的繼續(xù)泄漏。
25.735(c)關(guān)心的是剎車控制,剎車系統(tǒng)具有自動(dòng)剎車模式和人工剎車模式。飛行員通過自動(dòng)剎車選擇開關(guān)選定剎車檔位后,飛機(jī)即進(jìn)入自動(dòng)剎車模式,無需其他操作;飛行員通過撥動(dòng)防滑解除開關(guān),將剎車系統(tǒng)切換到人工模式時(shí),飛行員只需腳踩剎車腳蹬即可進(jìn)行剎車,也無需其他操作。這樣就滿足了25.735(c)(1)的要求。至于25.735(c)(2),飛機(jī)具有自動(dòng)剎車功能,通過防滑解除開關(guān)可以手動(dòng)解除自動(dòng)剎車,可以說明。
25.735(d)飛機(jī)具有停機(jī)剎車系統(tǒng),符合“具有停機(jī)剎車裝置”。至于停機(jī)剎車的能力的鑒定,可以通過計(jì)算分析和試驗(yàn)來證明其符合性。停留剎車裝置即停機(jī)剎車開關(guān),布置在中央操縱臺(tái)后部,并且需要拉起才能夠操縱,可以有效的防止誤操作。停留剎車沒有完全釋放時(shí),通過ECAS告警來提示飛行員,這一條可以通過設(shè)計(jì)說明和實(shí)驗(yàn)來證明符合性。
25.735(e)飛機(jī)具有防滑系統(tǒng),此條適用。C(1)要求防滑系統(tǒng)可以自動(dòng)的在“預(yù)期的任何跑道”上進(jìn)行滿意地操作。為了符合此條,需要選定設(shè)計(jì)跑道,采集跑道參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算,并最終通過試飛行試驗(yàn)來驗(yàn)證其符合性。C(2)要求自動(dòng)剎車系統(tǒng)要包含防滑功能,這條可以通過設(shè)計(jì)說明來符合。
25.735(f)是對(duì)剎車裝置的剎車能量進(jìn)行了要求,設(shè)計(jì)著陸停止、中止起飛、臨界著陸停止的情況下,剎車裝置的能量吸收要達(dá)到設(shè)計(jì)的吸收,由于此條要求的是剎車裝置的性能,而剎車裝置一般從供應(yīng)商處采購,供應(yīng)商制造剎車裝置時(shí),根據(jù)TSO-C135a的標(biāo)準(zhǔn)足以滿足適航的要求,應(yīng)由設(shè)計(jì)單位和供應(yīng)商共同向局方表明符合性。
25.735(g)首先要求高動(dòng)能剎車后,停機(jī)剎車功能能正常使用并保持3分鐘以上,還要求從停機(jī)剎車起作用后,至少5分鐘沒有機(jī)輪、輪胎、剎車組件的火情。此條同(f)條一樣,可以通過供應(yīng)商的鑒定試驗(yàn)來向局方表明符合性,必要的話還可能用飛行試驗(yàn)來驗(yàn)證。
25.735(h)儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求,剎車系統(tǒng)含有蓄壓器,在EICAS上,設(shè)計(jì)了蓄壓器的儲(chǔ)能指示,可以通過設(shè)計(jì)說明和試驗(yàn)來表明符合。對(duì)25.735(h)(1)儲(chǔ)備能量可以滿足6次完整的剎車,可以通過先進(jìn)行分析計(jì)算,再通過試驗(yàn)表明符合;對(duì)25.735(h)(2)可以通過仿真分析和試驗(yàn)來表明符合性。
25.735(i)剎車裝置的附近裝有磨損指示條,維護(hù)人員可以很容易的通過磨損指示條來了解剎車碳盤的磨損狀態(tài),以便及時(shí)更換,此條通過設(shè)計(jì)說明和機(jī)上檢查即可表明符合性。
25.735(j)飛機(jī)機(jī)輪上裝有熱熔塞,當(dāng)剎車溫度達(dá)到一定值時(shí),熱熔塞融化帶走部分熱量,同時(shí)松開輪胎的閥門放走一部分氣體,防止輪胎爆裂,此條主要可以通過設(shè)計(jì)說明和試驗(yàn)來表明符合性。
25.735(k)兼容性主要考慮的是剎車系統(tǒng)內(nèi)部以及剎車系統(tǒng)與其他系同和結(jié)構(gòu)的兼容性情況。由于包含內(nèi)容較廣,可以從一些元器件的鑒定試驗(yàn),環(huán)境試驗(yàn)等來說明,并最終通過試飛試驗(yàn)來驗(yàn)證其符合性。
3 結(jié)語
剎車系統(tǒng)要滿足適航取證要求,除了本文提及的適航條款外,還有25.1309安全性要求,25.1435液壓系統(tǒng)等很多通用條款要符合。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),適航方面考慮得越多,系統(tǒng)就會(huì)越完善,飛機(jī)也就越安全。
參考文獻(xiàn)
[1]中國民航總局.CCAR-25-R4(運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn))[S].2011-11-7.