飛機(jī)防滑剎車原理及分析

胡志強(qiáng)+陳躍霞+張軍

摘 要 文章簡要介紹了飛機(jī)剎車的功能、原理及分類，闡述了幾種飛機(jī)防滑剎車的原理，并分析了防滑剎車的運(yùn)用情況。

關(guān)鍵詞 飛機(jī)剎車；機(jī)輪速度

中圖分類號(hào)：V227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0150-01

自從萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)已過去一個(gè)世紀(jì)，飛機(jī)外形、尺寸等發(fā)生了翻天覆地的變化，飛機(jī)剎車也從最簡單的機(jī)械連桿式發(fā)展到現(xiàn)在的自動(dòng)剎車。那么何謂飛機(jī)剎車？飛機(jī)剎車即飛機(jī)在地面滑跑過程中使飛機(jī)快速減速或停止的裝置。

現(xiàn)代飛機(jī)著陸速度一般在250～300 km/h，假如沒有機(jī)輪剎車裝置，飛機(jī)著陸滑跑距離將會(huì)達(dá)到4500～5000 m甚至更長，因此飛機(jī)著陸后應(yīng)快速減速，減小對跑道長度的依賴，這是飛機(jī)剎車第一個(gè)主要功能；第二個(gè)主要功能是飛機(jī)滑跑起飛過程中如果出現(xiàn)非正常的噪音或振動(dòng)、輪胎爆破、不正常的加速遲緩、發(fā)動(dòng)機(jī)失效、發(fā)動(dòng)機(jī)火警等情況時(shí)滿壓力剎車防止飛機(jī)沖出跑道造成災(zāi)難。因此安全可靠的飛機(jī)剎車是飛機(jī)正常運(yùn)行的必要設(shè)備。

1 飛機(jī)剎車系統(tǒng)概述

飛機(jī)剎車按其作用可分為：正常剎車、應(yīng)急剎車、收起落架自動(dòng)剎車、停放剎車。正常剎車又稱之為主剎車，在飛機(jī)著陸時(shí)使用，當(dāng)正常剎車失效后用應(yīng)急剎車剎停飛機(jī)。收起落架自動(dòng)剎車用于飛機(jī)離地后收起落架的同時(shí)給機(jī)輪剎車，防止高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)輪打傷輪艙機(jī)件，停放剎車用于保證飛機(jī)地面停放時(shí)受外力擾動(dòng)（例如刮風(fēng)情況）而不移位?，F(xiàn)代飛機(jī)都采用液壓能源剎車，其上有多套液壓源，為提高可靠性，正常剎車和應(yīng)急剎車連接不同的液壓源，為兩個(gè)獨(dú)立通道。而收起落架自動(dòng)剎車的能源取自收起落架壓力管路，收起落架和剎車同時(shí)進(jìn)行，一般與應(yīng)急剎車管路共用。停放剎車路徑與正常剎車相同，只是采用機(jī)械裝置將剎車腳蹬固定在剎車的位置。

飛機(jī)剎車是通過飛行員踩壓剎車腳蹬，液壓能源通過剎車腳蹬帶動(dòng)的剎車減壓閥驅(qū)動(dòng)液壓缸的活塞給靜剎車盤（不隨機(jī)輪旋轉(zhuǎn)，可沿機(jī)輪軸線滑動(dòng)，通過剎車殼體與輪軸剛性固定）和動(dòng)剎車盤（固定在機(jī)輪導(dǎo)軌上，可以沿機(jī)輪軸線滑動(dòng)并與機(jī)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)）施加壓力，將數(shù)個(gè)靜剎車盤和動(dòng)剎車盤緊緊地壓在一起，使飛機(jī)滑跑的動(dòng)能通過動(dòng)、靜剎車盤的摩擦轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，從而使飛機(jī)減速并剎停飛機(jī)。

2 飛機(jī)上幾種剎車原理分析

按飛機(jī)著陸速度250 km/h計(jì)算，假如飛機(jī)輪胎剎死1秒鐘，那么輪胎在跑道上的拖痕將長達(dá)69.4米，這么長的長度足以磨穿輪胎而使輪胎爆破，嚴(yán)重威脅飛機(jī)的安全因此現(xiàn)代飛機(jī)均采用防滑剎車。所謂防滑就是一閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)輪轉(zhuǎn)速并控制機(jī)輪剎車壓力使機(jī)輪不剎死而達(dá)到飛機(jī)安全滑跑。它能防止輪胎抱死時(shí)剎爆輪胎從而引發(fā)災(zāi)難，使剎車平穩(wěn)，有效提高了剎車效率，縮短了飛機(jī)著陸滑跑距離，同時(shí)減小輪胎磨損，延長輪胎使用壽命。飛機(jī)防滑剎車按原理可分為開關(guān)式、相對滑動(dòng)量式和參考速率-速度差式。

開關(guān)式防滑剎車是早期的一種典型的防滑剎車，主起落架每個(gè)機(jī)輪上裝一個(gè)慣性傳感器，當(dāng)飛行員踩下剎車閥，高壓液壓油經(jīng)剎車閥、防滑電磁閥至機(jī)輪上液壓缸，液壓缸動(dòng)作壓緊動(dòng)、靜剎車盤開始剎車。如果機(jī)輪均勻減速，慣性傳感器中的慣性飛輪也均勻減速，慣性飛輪不會(huì)推動(dòng)微動(dòng)電門使防滑電磁閥工作，此時(shí)的剎車壓力由飛行員踩剎車閥的力度決定；如果剎車壓力太大或跑道上有積水，機(jī)輪速度突變或抱死，即機(jī)輪產(chǎn)生一負(fù)角加速度，當(dāng)此負(fù)角加速度達(dá)到或大于設(shè)定值時(shí)，雖然機(jī)輪速度急劇降低或停轉(zhuǎn)，但慣性傳感器中的慣性飛輪在慣性作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并推動(dòng)微動(dòng)電門使防滑電磁閥工作，防滑電磁閥工作后堵住飛行員剎車閥的來壓并釋放剎車液壓缸的剎車壓力，液壓缸活塞在回力彈簧作用下縮回，動(dòng)、靜剎車盤壓緊力降低或消失，機(jī)輪又加速轉(zhuǎn)動(dòng)，慣性傳感器中的慣性飛輪推動(dòng)微動(dòng)電門后貯存的機(jī)械能消耗殆盡，微動(dòng)電門復(fù)位使防滑電磁閥失電，此時(shí)飛行員剎車閥的剎車壓力又經(jīng)防滑電磁閥施加于剎車液壓缸進(jìn)行剎車，而慣性傳感器中的慣性飛輪在摩擦彈簧的作用下也加速到與機(jī)輪速度對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。如此反復(fù)來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)從著陸到停止或中止起飛過程的防滑剎車。國產(chǎn)的殲6、殲7、殲8、強(qiáng)5，英國的子爵號(hào)飛機(jī)、俄羅斯的伊爾-76飛機(jī)就采用了這種防滑控制系統(tǒng)。

相對滑動(dòng)量即滑移率，滑移率定義為：

滑移率=飛機(jī)速度-機(jī)輪速度飛機(jī)速度×100%

實(shí)踐證明，當(dāng)飛機(jī)剎車時(shí)滑移率保持在10%～15%時(shí)，輪胎與跑道間的摩擦系數(shù)最大，假設(shè)飛機(jī)重量恒定，則根據(jù)物理學(xué)公式：摩擦力=摩擦系數(shù)×正壓力（正壓力即飛機(jī)重力作用在跑道上的壓力），那么此時(shí)將得到最大的摩擦力，剎車效率也最高。與開關(guān)式剎車方式比較，采用此種剎車方式的飛機(jī)用速度傳感器代替慣性傳感器，用壓力伺服閥代替防滑電磁閥，在有剎車裝置的機(jī)輪（即每個(gè)主起落架機(jī)輪）和無剎車裝置的機(jī)輪（通常為前起落架機(jī)輪）均安裝一個(gè)速度傳感器，在防滑控制器中，主起落架機(jī)輪速度信號(hào)處理后得到剎車機(jī)輪速度，前起落架機(jī)輪速度信號(hào)處理后得到飛機(jī)速度，計(jì)算后若實(shí)際滑移率超過設(shè)定滑移率則防滑控制器發(fā)出指令給壓力伺服閥，釋放掉部分剎車壓力，此時(shí)剎車機(jī)輪又加速轉(zhuǎn)動(dòng)使滑移率小于設(shè)定值，壓力伺服閥無控制指令直接輸出飛行員給定剎車壓力，直到實(shí)際滑移率又超過設(shè)定滑移率，如此反復(fù)進(jìn)行防滑控制。波音707、A300、幻影2000等飛機(jī)采用此種防滑剎車系統(tǒng)。

為了提高可靠性，參考速率-速度差式防滑剎車系統(tǒng)省去了不剎車機(jī)輪上的速度傳感器，在防滑控制器電路中設(shè)有接受機(jī)輪瞬時(shí)速度的記憶單元即參考速度單元，所記憶的速度按設(shè)定規(guī)律衰減，同時(shí)與機(jī)輪當(dāng)前速度比較，當(dāng)速度差超過設(shè)定值時(shí)防滑控制器輸出與速度差大小成正比的釋壓信號(hào)給壓力伺服閥，壓力伺服閥降低剎車壓力，剎車機(jī)輪又加速轉(zhuǎn)動(dòng)直到速度差再次超過設(shè)定值。波音737、波音747、波音757、波音767、F-16、A-7D、殲7E、殲8Ⅲ、強(qiáng)5M等飛機(jī)采用此種防滑剎車。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)剎車技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在飛機(jī)著陸時(shí)，飛行員只需根據(jù)跑道情況從“高”、“中”、“低”檔位中選擇需要的檔位，則剎車系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行高壓力、中壓力、低壓力防滑剎車，飛行員不再踩剎車腳蹬控制剎車壓力，這樣飛機(jī)降落時(shí)一方面可以減輕飛行員的工作負(fù)擔(dān)，另一方面自動(dòng)剎車非常平穩(wěn)，提高了乘員的舒適性。自動(dòng)剎車已應(yīng)用在波音757、波音767飛機(jī)上。

3 結(jié)論

近年來，系統(tǒng)集成化發(fā)展迅速，有一種“先進(jìn)剎車控制系統(tǒng)”正在發(fā)展中，它集前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)、方向舵操縱系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)于一體，可望解決飛機(jī)在大側(cè)風(fēng)和光滑跑道（如跑道上有水或雪）上的操縱問題。

參考文獻(xiàn)

[1]何永樂.飛機(jī)剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社.

[2]飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊第14冊起飛著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].航空工業(yè)出

版社.endprint