民用飛機剎車系統(tǒng)CCAR 25.735條款適航研究

楊 鵬 / YANG Peng

(上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210)

民用飛機剎車系統(tǒng)CCAR 25.735條款適航研究

楊 鵬 / YANG Peng

(上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210)

介紹了民用飛機適航規(guī)章CCAR-25-R4最新版并與前一版本R3版在剎車系統(tǒng)主條款25.735條進行對比分析，詳細解釋了R4版與R3版的不同之處及更改原因，闡述了R4版735條的詳細要求，提供了剎車系統(tǒng)的適航思路及符合性方法建議。最后進行了小結(jié)并提出了下一步目標。

剎車系統(tǒng)；適航；CCAR-25-R4；CCAR-25-R3；25.735；符合性方法

0 引言

對于主要承擔載客用途的民用飛機來說，剎車系統(tǒng)與飛行安全息息相關(guān)。飛機在每次執(zhí)行著陸或中斷起飛時，都需要剎車系統(tǒng)安全、可靠、快速地從高速運動中剎停，否則飛機就有可能沖出跑道而導致機毀人亡[1]。因此，各國民航局(包括美國聯(lián)邦航空局FAA，歐洲航空安全局EASA(前身為聯(lián)合航空局JAA)和中國民航總局CAAC等)專門用三個條款針對剎車系統(tǒng)提出適航要求，分別是25.731條“機輪”、25.733“輪胎”和25.735“剎車”，其中731和733條款針對剎車系統(tǒng)元件，735條款針對整個剎車系統(tǒng)。

為了規(guī)范民用運輸類飛機適航取證，保證其安全運營，國際上最權(quán)威的兩家民航局FAA和EASA分別頒布了FAR 25部[2]和CS 25部[3]。在國內(nèi)，CAAC于1985年12月31日發(fā)布了《中國民用航空規(guī)章第25部——運輸類飛機適航標準》，簡稱為CCAR 25部，專門適用于在中國運營的民用運輸類飛機的適航取證。其后隨著國內(nèi)外民用飛機運行經(jīng)驗教訓不斷積累和科學技術(shù)水平不斷提高等，適航理念和要求與時俱進，經(jīng)歷了多次修訂。其中2001年5月14日，發(fā)布了第三次修訂版，簡稱為CCAR-25-R3[4]，成為之后幾年國內(nèi)新研制民機的主要適航規(guī)章，同時，國內(nèi)民機研制在此規(guī)章的適航取證方面也取得了較為豐富的經(jīng)驗。為了適應(yīng)新形勢下國內(nèi)航空安全的新要求，CAAC于2011年11月7日發(fā)布了第四次修訂版，簡稱為CCAR-25-R4[5]，為當前國內(nèi)民機研制的最新規(guī)章。相比于CCAR-25-R3，CCAR-25-R4中的735條款對剎車系統(tǒng)研制的要求明顯提高，從而導致民機剎車系統(tǒng)適航驗證的難度變大。但是，萬變不離其宗，只要理清條款中每個要求變更的來源和目的，結(jié)合R3中取得的適航驗證經(jīng)驗，就可以有的放矢地開展民用飛機剎車系統(tǒng)的設(shè)計和適航驗證工作。本文擬通過CCAR-25-R4與CCAR-25-R3中735條的對比分析，來探討研究剎車系統(tǒng)針對CCAR-25-R4的735條的符合性方法。

1 CCAR 25.735 R4與CCAR 25.735 R3對比分析及符合性方法

表1為CCAR-25-R4與R3的735條對比表，以分款的形式列出了735條中每一款的詳細內(nèi)容，以下將逐款進行對比分析。

表1 CCAR-25-R4與R3 735條對比表

續(xù)表1

條款編號CCAR25.735R4內(nèi)容[5]CCAR25.735R3內(nèi)容[4](2)最大動能加速停止最大動能加速停止是在最臨界的飛機起飛重量和速度組合狀態(tài)下的中止起飛狀態(tài)。必須確定每一個機輪、剎車和輪胎組件的加速停止剎車動能吸收要求。必須通過測功器測試驗證,在整個定義的剎車磨損范圍之內(nèi)機輪、剎車和輪胎組件能夠吸收不少于該水平的動能。必須達到飛機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)最嚴酷的著陸停止最嚴酷的著陸停止是在最臨界的飛機著陸重量和速度組合狀態(tài)下的停止。必須確定每一個機輪、剎車和輪胎組件最嚴酷的停止剎車動能吸收要求。必須通過測功器測試驗證,在剎車熱庫達到完全磨損極限情況下,機輪、剎車和輪胎組件能夠吸收不少于該水平的動能。對于極不可能的失效情況或當最大動能加速停止能量更嚴酷時,不必考慮最嚴酷的著陸停止。這一分析必須計及使用剎車時保守的飛機速度值、輪胎與跑道間的剎車磨擦系數(shù)、氣動阻力、螺旋槳阻力或動力裝置的向前推力,和(如果更為臨界)最不利的單臺發(fā)動機或螺旋槳故障;(2)如果不用合理分析,每個主輪剎車裝置的動能吸收要求可以按下列公式計算,如剎車分配不相等,公式必須修正:KE=0.0135WV2/N(KE=0.0443WV2/N)式中:KE為每個機輪的動能,公斤米(英尺磅);W為設(shè)計著陸重量,公斤(磅);V為飛機速度,節(jié)(節(jié)),V必須不小于VSO,VSO為海平面設(shè)計著陸重量和著陸形態(tài)下飛機無動力失速速度;N為裝有剎車的主輪個數(shù)。735剎車(g)(g)高動能測功器停止后的剎車狀態(tài)按照本條(f)要求的高動能剎車試驗停留剎車迅速和完全地作用了至少3分鐘后(注:根據(jù)FAR25部英文原文,此處筆者認為更準確的表述應(yīng)該是“在本條(f)款規(guī)定的高動能剎車試驗后,立即施加停留剎車至滿剎車并保持至少3分鐘),必須證明,從停留剎車作用起至少5分鐘不能發(fā)生狀況(或者在停止期間不能發(fā)生),包括輪胎或機輪和剎車組件的火情,可能妨礙安全和完全撤離飛機。(g)每一主輪剎車裝置的最小失速速度額定值(即測功試驗時采用的初始速度)不得大于按本條(f)確定動能所用的V值。由于制定機輪剎車裝置的試驗程序必須涉及一個給定的減速率,因此,對于相同量的動能,能量吸收率(剎車的功率吸收能力)與初始速度成反比。735剎車(h)(h)儲備能量系統(tǒng)如果使用儲備能量系統(tǒng)用于表明符合本條(b)(1)的要求,必須給機組提供有關(guān)可用儲備能量的指示。對于以下情況,可用的儲備能量必須充足:(1)當防滑系統(tǒng)沒有工作時至少可完成六個完整的剎車;(2)在飛機經(jīng)審定的所有跑道表面條件下,當防滑系統(tǒng)運行時飛機完全停止。(h)在對于適用的技術(shù)標準規(guī)定(TSO)或可接受的等效規(guī)定的剎車鑒定試驗中,應(yīng)采用每個主輪剎車裝置在其允許磨損范圍內(nèi)的磨損極限狀態(tài)下的中止起飛剎車動能容量額定值,該動能容量額定值不得小于按下列方法之一確定的動能吸收要求:(1)必須根據(jù)對加速—停止機動時預(yù)期會出現(xiàn)的事件序列進行的合理分析確定剎車動能吸收要求。這一分析必須計及使用剎車時保守的飛機速度值、輪胎與跑道間的剎車磨擦系數(shù)、氣動阻力、螺旋槳阻力或動力裝置的向前推力和(如果更為臨界)最不利的單臺發(fā)動機或螺旋槳故障;(2)如果不用合理分析,每個主輪剎車裝置的動能吸收要求可以按下列公式計算,如剎車分配不相等,公式必須修正:KE=0.0135WV2/N(KE=0.0443WV2/N)式中:KE為每個機輪的動能,公斤米(英尺磅);W為飛機重量,公斤(磅);V為飛機速度,節(jié)(節(jié));N為裝有剎車的主輪個數(shù);W和V為在中止起飛中得到的起飛重量和地面速度的最臨界組合

續(xù)表1

條款編號CCAR25.735R4內(nèi)容[5]CCAR25.735R3內(nèi)容[4]735剎車(i)(i)剎車磨損指示器對于每一個剎車組件,必須有措施保證在熱庫磨損達到許可的極限時有指示。該措施必須可靠并容易看到。無735剎車(j)(j)過熱爆裂保護對于每個帶剎車的機輪,必須提供措施防止由于剎車溫度升高導致的機輪失效和輪胎爆裂。并且,所有機輪必須滿足第25.731條(d)的要求。無735剎車(k)(k)兼容性機輪和剎車組件與飛機及其系統(tǒng)兼容性必須經(jīng)過驗證。無

1.1 25.735剎車(a)

從表1可以看出，R3只要求剎車裝置經(jīng)批準才能使用，R4要求機輪剎車組件都必須經(jīng)過批準才能使用。根據(jù)AC 25.735-1[6]可知，本款要求安裝了指定和經(jīng)批準的類型和尺寸輪胎的每個機輪和剎車裝置，需要能夠滿足適用的TSO 中規(guī)定的最低標準和性能。同樣，此規(guī)定也適用于機輪和剎車裝置或元件的更換、更改和翻修，同時限定了來自不同供應(yīng)商的機輪和剎車裝置的混合使用一般來說是不可接受的，因為不同的摩擦元件、特定剎車轉(zhuǎn)向操縱和其他因素等會造成很復(fù)雜的情況。相對于R3來說，R4的要求更加全面，不僅包括剎車裝置，還包括對機輪的要求。這是因為一方面機輪的設(shè)計特性或更改對剎車能力有較大影響，另一方面TSO中部分試驗需要機輪和剎車共同滿足，任何一方發(fā)生變化都可能導致對TSO符合性的改變。

本款的符合性方法建議為MOC4/9，MOC9為機輪剎車結(jié)構(gòu)的單獨元件鑒定試驗，MOC4為機輪和剎車組件的慣性臺試驗室試驗。

1.2 25.735剎車(b)

從表1可以看出，R4中(b) 款分為兩項：

第一項比R3少了兩部分內(nèi)容：單點故障時著陸減速要求和剎車裝置上密封元件損壞的強調(diào)。其中取消單點故障時著陸減速要求，分析是因為已經(jīng)對著陸距離提出了定量要求，減速本身只是實現(xiàn)著陸距離要求的更細的指標，從保障飛機安全的角度來說，著陸距離的定量要求已經(jīng)足夠；剎車裝置上密封元件損壞的強調(diào)內(nèi)容在R4中放入了咨詢通告AC 25.735-1中，是因為此項是對“任何電氣、氣動、液壓或機械連接元件或傳動元件損壞”的細化說明而不是額外要求，放入AC 25.735-1中還可以使條款本身簡潔明了。

第二項為R4新增內(nèi)容，分析是為了對剎車系統(tǒng)失效狀態(tài)提出更全面的要求，第一項僅提出了性能方面的要求，第二項補充提出了安全方面的要求，要求申請人在設(shè)計剎車系統(tǒng)時應(yīng)更加重視系統(tǒng)失效所帶來的影響。

本款的符合性方法建議為MOC1/2/3/6/9。MOC1為說明剎車系統(tǒng)失效類型，MOC2為計算著陸距離，MOC3為對故障時可能的起火范圍及影響進行分析，MOC6為飛行驗證著陸距離，MOC9為驗證剎車元件對起火情況的耐受程度。

1.3 25.735剎車(c)

從表1可以看出，R4中(c)款分為兩項：

第一項與R3基本一致；

第二項為新增內(nèi)容，對自動剎車提出要求。因為當前主流民機剎車系統(tǒng)均具有自動剎車能力，且在實際運營中駕駛員使用較多，因此在條款中增加對自動剎車的要求是順應(yīng)飛機發(fā)展的趨勢。民用飛機適航的基本原則之一是駕駛員需要在任何情況下能夠具備對飛機的操縱能力。因此條款要求所設(shè)計的剎車系統(tǒng)需要能夠由駕駛員主動進行預(yù)位和解除，并且能夠隨時進行超控。這也同樣基于安全性的考慮，防止自動剎車故障時駕駛員無法自行采取有效的處置措施。

本款的符合性方法建議為MOC6，通過地面滑行和飛行進行驗證即可。

1.4 25.735剎車(d)

從表1可以看出，R4與R3有五處不同：

第一，R3中停機剎車改為了R4中的停留剎車。這是因為停留剎車功能本身并不只在發(fā)動機關(guān)閉后使用，停機剎車容易產(chǎn)生歧義，以為只有在發(fā)動機關(guān)閉后才會使用。

第二，R3中要求臨界發(fā)動機為起飛功率(推力)，R4中要求一臺為最大推力，其余為最大慢車推力，R4的工況設(shè)置不僅對飛機航向的推力提出了要求，同時對不對稱推力導致的力矩也提出了要求，這同樣屬于實際使用過程中會出現(xiàn)的工況。相對于R3來說，R4對停留剎車的要求更高。

第三，相對于R3，R4僅針對干燥的跑道，分析是因為根據(jù)R3要求，停留剎車在冰跑道等嚴酷路面上也需要滿足發(fā)動機臨界推力要求，此要求過高難以實現(xiàn)，即使實現(xiàn)也可能導致剎車結(jié)構(gòu)的重量大大增加，或者對液壓系統(tǒng)壓力要求大大增加，對冰跑道等路面在實際運營中所占比例與飛機重量等的增加進行權(quán)衡，只對干跑道提出要求更加合理。

第四，相對于R3，R4增加了人為錯誤防護的要求，目的是為了防止駕駛員誤操作停留剎車而可能導致的非指令剎車，減少安全隱患。

第五，相對于R3，R4增加了駕駛艙指示的要求，目的是為了告知駕駛員停留剎車是否施加到位，防止在停留剎車未完全實施情況下松開剎車腳蹬踏板而導致飛機移動，同樣是為了減少安全隱患。

本款的符合性方法建議為MOC6/7，其中MOC6用于通過地面滑行試驗表明在發(fā)動機臨界推力組合下飛機不會滾動，且在停留剎車沒有釋放時駕駛艙有提示；MOC7用于表明駕駛艙停留剎車實施裝置具有人為錯誤防護能力。

1.5 25.735剎車(e)

從表1可以看出，在防滑系統(tǒng)方面，R4與R3存在較大不同：

第一，根據(jù)FAA NPRM No.99-16[7]，F(xiàn)AA認為“如果裝有防滑裝置，則該裝置及其有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計必須使在發(fā)生任何可能的單個故障時都不會使飛機的剎車能力或方向操縱損失到危險的程度”這條要求是不必要的(superfluous)，在FAR Amendment 25-107中刪除了此條要求，相應(yīng)地，CAAC在R4中也取消了此條要求。

第二，R4中新增了兩條要求，一條要求是防滑系統(tǒng)需要能夠自動適應(yīng)不同的跑道情況，而不需要在每次需要使用剎車防滑系統(tǒng)時再調(diào)參，這屬于飛機運營角度的正常要求，畢竟不可能要求航空公司或駕駛員在每次著陸或中斷起飛時重新設(shè)置防滑系統(tǒng)參數(shù)；另一條要求是自動剎車必須有防滑保護，當防滑保護喪失時不允許使用自動剎車，這條要求主要是為了安全性考慮，防止在沒有防滑保護情況下，自動剎車壓力過大而導致輪胎爆破，相反，沒有防滑保護時，駕駛員可以根據(jù)飛機運行情況輕柔使用剎車，降低輪胎爆破的可能性。

本款的符合性方法建議為MOC2/6，MOC6為在可行的各種跑道上進行剎車防滑試驗，MOC2為在無法飛行試驗的跑道(如冰跑道等)上，進行剎車防滑的仿真分析計算，并通過MOC6的試驗數(shù)據(jù)修正MOC2中仿真模型/計算方法的準確性。

1.6 25.735剎車(f) 和(g)

從表1可以看出，R4中的(f)和(g)款對應(yīng)于R3中的(f)、 (g)和(h)款。R4相對于R3的改變較大，是因為R4與CAAC的適航技術(shù)標準規(guī)定CTSO C135a《運輸類飛機機輪和機輪剎車組件》保持了一致性，對不同工況下使用剎車系統(tǒng)的減速能力進行了更加全面的要求，并將對應(yīng)的能量等計算方法移入AC 25.735-1中，保證了條款本身的簡潔明了。

本款的符合性方法建議為MOC2/4/9，MOC2為能量等的計算分析，MOC9和4分別為機輪剎車結(jié)構(gòu)的單獨元件鑒定試驗和組件的慣性臺試驗室試驗。

1.7 25.735剎車(h)

從表1中可以看出，R4的(h)款為新增款，對儲備能量系統(tǒng)單獨提出了要求，目的是為了對(b)款進行完善，防止由于主液壓系統(tǒng)失效而使用儲備能量系統(tǒng)時無法滿足著陸距離和安全性的要求，方法是分別針對是否使用防滑系統(tǒng)情況下的儲備能量系統(tǒng)能力提出了具體的要求。值得注意的是，AC 25.735-1中專門指出，本款并不適用于那些提供了許多獨立剎車系統(tǒng)，包括一個儲能系統(tǒng)，但不依賴此儲能系統(tǒng)的飛機。

本款的符合性方法建議為MOC2/6，MOC6為使用儲備能量系統(tǒng)進行無防滑時的6次完整剎車動作，以及在可行的各種跑道上進行剎車防滑試驗，MOC2為在無法飛行試驗的跑道(如冰跑道等)上，進行使用儲備能量系統(tǒng)的剎車防滑的仿真分析計算，并通過MOC6的試驗數(shù)據(jù)修正MOC2中仿真模型/計算方法的準確性。

1.8 25.735剎車(i)

從表1中可以看出，R4的(i)款為新增款，提出了運營和安全性角度的要求，目的是方便使用剎車前對熱庫的能力進行檢查，防止飛機使用磨損過多的熱庫進行剎車，導致因無法吸收全部飛機能量而沖出跑道。

本款的符合性方法建議為MOC1/7/9，MOC1用于說明熱庫極限磨損指示的設(shè)置，MOC7用于機上檢查實際的磨損指示，MOC9用于驗證到達熱庫磨損指示前熱庫均能夠吸收飛機的中止起飛和最嚴酷著陸停止的能量。

1.9 25.735剎車(j)

從表1中可以看出，R4的(j) 款為新增款，同樣是從運營和安全性角度提出要求，分別為過熱和過壓爆裂保護的要求，過熱保護要求在機輪溫度升高到不可接受的水平時，釋放輪胎壓力，防止輪胎爆破帶來的安全性影響；過壓爆裂保護用于當輪胎壓力高得不可接受時，釋放輪胎壓力，防止輪胎爆破帶來的安全性影響。

本款的符合性方法建議為MOC1/7/9，MOC1用于說明熱熔塞和過壓保護閥(或稱為釋壓閥等)的設(shè)置，MOC7用于機上檢查實際的熱熔塞和過壓保護閥安裝，MOC9用于驗證熱熔塞和過壓保護閥能夠在對應(yīng)的設(shè)計門限時釋放輪胎壓力。

1.10 25.735剎車(k)

表1中可以看出，R4的(k) 款為新增款，從安全性角度提出了要求，目的是為了防止機輪和剎車組件在單個元件鑒定試驗及試驗室慣性臺試驗滿足后，安裝到飛機時與飛機其他系統(tǒng)/結(jié)構(gòu)及自身控制系統(tǒng)不兼容，而導致出現(xiàn)不安全情況。

本款的符合性方法建議為MOC1/4/6/9，MOC1用于說明機輪和剎車組件的設(shè)計，MOC9和4分別為機輪剎車結(jié)構(gòu)的單獨元件鑒定試驗和組件的慣性臺試驗室試驗，說明在試驗室情況下滿足飛機的定性和定量要求，MOC6用于驗證機輪和剎車組件在安裝到飛機上后，可以正確地在飛機運行過程中使用。

2 結(jié)論

本文通過對CCAR-25-R4與CCAR-25-R3中的735條進行對比，分析了當前最新R4版與R3版的不同之處及更改原因，闡述了R4版735條的詳細要求，并提供了剎車系統(tǒng)的適航思路及符合性方法建議。由于目前國內(nèi)尚無民用飛機完整地走過整個CCAR-25-R4版的適航取證過程，因此筆者并不能保證以上分析的完全正確性，僅希望能夠?qū)Ξ斍霸谘忻裼蔑w機剎車系統(tǒng)適航驗證工作提供參考。相信隨著國內(nèi)民機在CCAR-25-R4版的適航取證過程中不斷前進，對于剎車系統(tǒng)735條的理解會逐漸加深，后續(xù)將會進一步提供更新的CCAR 25.735 R4的適航建議。

[1] YOUNG D W. Aircraft Landing Gears—The Past, Present and Future[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D Transport Engineering, 1986: 75-92.

[2] FAA. PART 25— Airworthiness Standards: Transport Category Airplanes[S]. Federal Aviation Administration, 2012: 161-166.

[3] EASA. Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes Amendment 16[S]. European Aviation Safety Agency, 2015: 1-D-12—1-D-15.

[4] 中國民航總局. 中國民用航空規(guī)章第25部——運輸類飛機適航標準[CCAR-25-R3][S]. 2001:58-59.

[5] 中國民航總局. 中國民用航空規(guī)章第25部——運輸類飛機適航標準[CCAR-25-R4] [S]. 2011:69-71.

[6] FAA. Advisory Circular 25.735-1—Brakes and Braking Systems Certification Tests and Analysis[S]. Federal Aviation Administration, 2002:1-15.

[7] FAA. Notice of Proposed Rulemaking No. 99-16—Revision of Braking Systems Airworthiness Standards to Harmonize with European Airworthiness Standards for Transport Category Airplanes[S]. Federal Aviation Administration, 1999:6-7.

Research on CCAR 25.735 for Brake System of Commercial Airplanes

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

The main clause CCAR 25.735 of brake system of commercial airplanes was compared and analyzed between the current CCAR-25-R4 and previous edition CCAR-25-R3. The difference and reason of change were introduced in detail. The detail requirements of CCAR 25.735 R4 were elaborated. The corresponding airworthiness consideration and means of compliance were proposed. Finally, the summary and next objective were provided.

brake system; airworthiness; CCAR-25-R4; CCAR-25-R3; 25.735; means of compliance

V221+.91

A

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.021

楊鵬男，碩士，工程師。主要研究方向：民機剎車系統(tǒng)研發(fā)。Tel: 021-20864618；E-mail: yangpeng2@comac.cc