民用飛機蓄壓器供壓剎車淺析

嚴(yán)子林

【摘 要】本文介紹了ERJ190、A320、B737飛機液壓能源系統(tǒng)失效情況下的剎車設(shè)計特點，比較分析了某民機蓄壓器供壓時應(yīng)急剎車和正常剎車的工作特性，給出了飛行員操作建議，供其它民機剎車研制參考。

【關(guān)鍵詞】民機；蓄壓器；剎車；防滑

Study of Civil Aircraft Accumulator Brakes

YAN Zi-lin

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

【Abstract】In this article，brakes in condition of hydraulic systems failure are discussed.First，the brake system designs of ERJ190，A320 and B737 are introduced.Then the brake characteristics of some civil aircrafts emergency brake and normal brake are compared and analyzed，and the suggestions for pilot brake operation are summarized，which could be used for reference in other aircraft design.

【Key words】Civil Aircraft；Accumulator；Brake；Anti-Skid

0 引言

民用航線飛機目前普遍采用傳統(tǒng)液壓剎車系統(tǒng)，其嚴(yán)峻的工作狀態(tài)之一是：兩套液壓系統(tǒng)壓力均喪失（失效概率約為10-7/飛行小時），飛機剎車僅能依靠剎車蓄壓器中的儲備能源進行。根據(jù)適航條款要求，儲備能量系統(tǒng)應(yīng)滿足：1）當(dāng)防滑系統(tǒng)沒有工作時至少有六個完整的剎車應(yīng)用；2）在所有飛機經(jīng)認證過的跑道表面條件下，當(dāng)防滑系統(tǒng)運行時飛機完全停止[1]。

在兩套液壓系統(tǒng)故障狀態(tài)下，飛機一般處于何種狀態(tài)，剎車工作有何特點，飛行員又應(yīng)如何操作，都是民機系統(tǒng)設(shè)計時需考慮的重要問題。本文介紹了ERJ190、A320、B737在液壓能源系統(tǒng)失效時飛機減速功能狀態(tài)、剎車系統(tǒng)設(shè)計和飛行員操作要求，并以某民機為例，比較了在蓄壓器供壓條件下應(yīng)急剎車和正常剎車的特性，給出了飛行員操作建議，供民機剎車系統(tǒng)研制時參考。

1 典型系統(tǒng)

1.1 ERJ190飛機

ERJ190機輪剎車系統(tǒng)為內(nèi)-外剎車架構(gòu)，1#液壓系統(tǒng)及內(nèi)側(cè)剎車蓄壓器為內(nèi)側(cè)機輪供壓，2#液壓系統(tǒng)及外側(cè)剎車蓄壓器為外側(cè)機輪供壓，整個系統(tǒng)中共2個蓄壓器。

民機地面主動減速功能普遍通過剎車系統(tǒng)、發(fā)動機反推和地面擾流板實現(xiàn)，其中最重要的是剎車系統(tǒng)。當(dāng)1#、2#液壓系統(tǒng)失效時，飛機左右發(fā)動機反推均不可用，擾流板故障，僅剎車系統(tǒng)可依靠剎車蓄壓器供壓來工作。根據(jù)ERJ190手冊要求，在該情況下，飛行員應(yīng)操作停留/應(yīng)急剎車手柄，使用應(yīng)急剎車來停止飛機。由于ERJ190應(yīng)急剎車系統(tǒng)中使用停留/應(yīng)急剎車閥，本身為機械比例閥，無防滑功能，因此需要飛行員憑借經(jīng)驗謹慎剎車。剎車蓄壓器能夠提供至少6次不帶防滑的完整剎車應(yīng)用。

1.2 A320飛機

空客A320剎車系統(tǒng)采用主-備剎車架構(gòu)，綠液壓系統(tǒng)給正常剎車供壓，黃液壓系統(tǒng)及剎車蓄壓器給備份剎車供壓。

當(dāng)綠液壓系統(tǒng)和黃液壓系統(tǒng)失效時，飛機發(fā)動機左右反推均不可用，擾流板1、2、4、5故障，剎車系統(tǒng)進入蓄壓器供壓的備份剎車模式。雖然A320飛機備份剎車能夠?qū)崿F(xiàn)防滑功能，但在雙液壓失效情況下，系統(tǒng)會在BCMU/ABCU中自動將防滑功能解除。剎車過程中，飛行員應(yīng)參考駕駛艙里的剎車系統(tǒng)三針壓力表，控制剎車腳蹬輸出，避免剎車壓力超過1000psi，以防機輪抱死。與ERJ190相同，A320剎車蓄壓器也能夠提供至少6次不帶防滑的完整剎車應(yīng)用。

1.3 B737飛機

波音B737剎車系統(tǒng)是主-備剎車架構(gòu)，B液壓系統(tǒng)和剎車蓄壓器給正常剎車供壓，A液壓系統(tǒng)給備份剎車供壓。

當(dāng)B液壓系統(tǒng)和A液壓系統(tǒng)失效時，B737飛機發(fā)動機左右反推由于設(shè)計有備用壓力，仍能工作，但接地后反推開始工作較正常情況會稍慢；地面擾流板、內(nèi)外飛行擾流板故障；剎車系統(tǒng)進入蓄壓器供壓的正常剎車模式。與ERJ190、A320不同的是，此時B737與正常情況一樣，仍具備防滑功能。B737剎車蓄壓器設(shè)計為在防滑工作情況下，能夠?qū)w機完全剎停。

2 蓄壓器供壓剎車特性

對于液壓能源系統(tǒng)失效情況下的蓄壓器供壓剎車，ERJ190、A320和B737分別代表了三種典型情況：1）ERJ190使用應(yīng)急剎車系統(tǒng)，無法實現(xiàn)防滑；2）A320雖能實現(xiàn)防滑，但主動解除；3）B737使用防滑功能。防滑系統(tǒng)工作雖能夠防止飛機剎車過程中機輪的鎖死和輪胎的過度磨損，但在液壓系統(tǒng)壓力喪失的情況下，會加劇剎車蓄壓器中儲備能源的消耗，降低剎車減速能力和持續(xù)時間。下面將通過對某民機應(yīng)急剎車和正常剎車的比較，說明蓄壓器供壓剎車的特點。

2.1 剎車過程

該飛機剎車系統(tǒng)與ERJ190類似，同樣是內(nèi)-外剎車架構(gòu)，共2個蓄壓器。當(dāng)液壓能源系統(tǒng)失效時，若操作手柄使用應(yīng)急剎車，則無防滑功能，具體過程為：飛行員拉起應(yīng)急剎車手柄，打開停留/應(yīng)急剎車閥，蓄壓器內(nèi)高壓液壓油通過停留/應(yīng)急剎車閥、轉(zhuǎn)換閥、液壓保險作用到剎車裝置的作動筒。

若使用腳蹬剎車，則具備防滑功能，具體過程為：飛行員踩下剎車腳蹬，剎車控制單元根據(jù)腳蹬信號打開切斷閥和剎車控制閥，接通油路，蓄壓器內(nèi)高壓液壓油通過切斷閥、剎車控制閥、轉(zhuǎn)換閥、液壓保險作用到剎車裝置的作動筒，機輪速度傳感器將輪速信號反饋到剎車控制盒，控制盒經(jīng)過防滑運算后調(diào)節(jié)剎車控制閥的壓力輸出實現(xiàn)防滑控制。

2.2 蓄壓器能源消耗分析

蓄壓器內(nèi)高壓油液的消耗主要有以下幾個方面：1）剎車作動筒作動使剎車動盤、靜盤貼合需要的油液體積；2）剎車系統(tǒng)軟管膨脹增加的油液體積；3）各液壓元件的油液內(nèi)泄露；4）防滑工作時，在機輪轉(zhuǎn)速降低過快時系統(tǒng)會主動釋放壓力，造成額外的油液消耗。

對比應(yīng)急剎車和正常剎車的剎車過程，第1點和第2點消耗的蓄壓器油液基本一致，主要差別集中在第3點和第4點。在相關(guān)液壓元件中，一般元件的內(nèi)泄露基本可以忽略，應(yīng)急剎車系統(tǒng)中停留/應(yīng)急剎車閥泄漏率最顯著，正常剎車系統(tǒng)中剎車控制閥最顯著，但后者較前者泄露率高出兩個數(shù)量級[2]。第4點防滑工作造成的額外消耗較難預(yù)料，與跑道條件、飛行員操作有關(guān)，一般干跑道上蓄壓器供壓剎車不容易觸發(fā)防滑保護。

2.3 工作特性

對于應(yīng)急剎車，在一次剎車過程中，當(dāng)剎車作動筒完成作動后，由于內(nèi)泄露較小，在短時間1min內(nèi)蓄壓器內(nèi)壓力能保持無明顯降低；且如果此時實施滿剎車，輸出的剎車壓力與蓄壓器內(nèi)壓力基本一致。

而對于正常剎車，由于內(nèi)泄露大大增加，在一次剎車過程中，蓄壓器壓力將持續(xù)下降，如下圖1。該曲線為典型干跑道路面上正常剎車蓄壓器壓力下降情況，剎車25s時蓄壓器壓力降低至約1000psi。當(dāng)剎車作動筒完成作動后，與應(yīng)急剎車不同的是，即使實施滿剎車、未觸發(fā)防滑時，剎車壓力也無法達到與蓄壓器內(nèi)壓力相當(dāng)?shù)模ㄏ罗D(zhuǎn)第299頁）（上接第316頁）程度，存在一定差值。該壓力差值與內(nèi)泄露流量成正比，泄露越快，差值越大。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，當(dāng)蓄壓器內(nèi)壓力為1500psi時，該差值約為200psi；當(dāng)蓄壓器內(nèi)壓力為1000psi時，該差值約為90psi。

2.4 飛行員操作建議

液壓能源系統(tǒng)失效情況下飛行員操作剎車時，需要根據(jù)不同剎車模式的特點，選擇對應(yīng)的方法。

應(yīng)急剎車情況下，蓄壓器儲備能源消耗緩慢，無需擔(dān)心剎車持續(xù)時間的問題；但容易建立高剎車壓力，又沒有防滑功能保護，需要參考駕駛艙剎車壓力指示謹慎剎車：開始施加壓力時，飛機速度較大，應(yīng)先施加較小的壓力，隨著飛機速度降低，逐步增大輸出，當(dāng)達到明顯可接受的減速率后，保持輸出穩(wěn)定，以防機輪抱死。

而正常剎車情況下，防滑功能使得飛行員無需擔(dān)心機輪抱死脫胎的風(fēng)險。但內(nèi)泄露較大，加上防滑功能的額外消耗，蓄壓器儲備能源只能提供有限時間的有效剎車。飛行員應(yīng)平穩(wěn)的施加剎車，之后過程中要避免調(diào)節(jié)腳蹬行程，以防干擾防滑系統(tǒng)工作造成額外消耗；此外，飛機停止前不應(yīng)釋放剎車。

3 結(jié)語

液壓能源失效時的蓄壓器供壓剎車問題，是民機剎車系統(tǒng)設(shè)計中的重要細節(jié)，需要在飛機的安全性、經(jīng)濟性、操控性等方面進行權(quán)衡取舍。本文對常見民機蓄壓器供壓剎車進行介紹，并以某民機為例分析總結(jié)了該情況不同模式剎車的響應(yīng)特性和操作建議，希望拋磚引玉，供其它民機剎車研制參考。

【參考文獻】

[1]《中國民用航空規(guī)章·第25 部·運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)》（CCAR25-R4）.中國民用航空總局，2011.

[2]鄭占君.某民用飛機應(yīng)急剎車系統(tǒng)蓄壓器性能仿真計算分析[J].科技資訊，20011，27：62-63.

[責(zé)任編輯：田吉捷]