民用飛機(jī)最嚴(yán)酷著陸剎車(chē)能量定義和驗(yàn)證

王曉梅

摘 要：民用飛機(jī)最嚴(yán)酷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，若不能排除，則剎車(chē)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證必須考慮最嚴(yán)酷著陸停止工況。在定義單輪最嚴(yán)酷著陸能量時(shí)，需首先分析出定義最嚴(yán)酷著陸工況、全機(jī)最嚴(yán)酷著陸能量值、剎車(chē)起始溫度、可執(zhí)行剎車(chē)的機(jī)輪數(shù)量。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī)；最嚴(yán)酷著陸；剎車(chē)能量；合理計(jì)算方法；剎車(chē)起始溫度

中圖分類(lèi)號(hào)：V212.13+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）23-0011-02

Abstract： The harshest landing stop of civil aircraft is in the most critical combination of aircraft landing weight and speed. If it can not be excluded， the brake design and verification must consider the most severe landing stop condition. When defining the harshest landing energy of a single wheel， it is necessary to first analyze the definition of the harshest landing condition， the harshest landing energy value of the whole aircraft， the starting temperature of the brake， and the number of wheels that can execute the brakes.

Keywords： civil aircraft； harshest landing； braking energy； reasonable calculation method； braking starting temperature

1 介紹

民用飛機(jī)的高速運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)重量的增加，勢(shì)必導(dǎo)致剎車(chē)能量增加。飛機(jī)著陸后巨大的動(dòng)能主要由剎車(chē)轉(zhuǎn)為熱能吸收。因此剎車(chē)研發(fā)離不開(kāi)剎車(chē)能量的定義。

剎車(chē)能量的大小，直接影響剎車(chē)和機(jī)輪的重量，以及航空機(jī)輪輪胎和剎車(chē)的安全性。剎車(chē)能量若過(guò)于保守，則實(shí)際剎車(chē)重量偏大，飛機(jī)每天背負(fù)不必要的重量飛行而增加成本；剎車(chē)能量定義若不保守，導(dǎo)致在發(fā)生大能量著陸時(shí)無(wú)法剎停飛機(jī)，而發(fā)生災(zāi)難。

本文結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，旨在系統(tǒng)性講解如何合理定義25.735（f）的最嚴(yán)酷著陸工況。

2 最嚴(yán)酷著陸工況定義

CCAR25.735（f）條款要求：

“最嚴(yán)酷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(chē)和輪胎組件最嚴(yán)酷的停止剎車(chē)動(dòng)能吸收要求。必須通過(guò)測(cè)功器測(cè)試驗(yàn)證，在剎車(chē)熱庫(kù)達(dá)到完全磨損極限情況下，機(jī)輪、剎車(chē)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”。

最嚴(yán)酷著陸停止情況，與最大動(dòng)能加速停止一同用于確定飛機(jī)機(jī)輪剎車(chē)組件的最大吸能能力。在飛機(jī)設(shè)計(jì)初期，就需要考慮飛機(jī)是否出現(xiàn)最嚴(yán)酷著陸情況，并貫穿飛機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)周期。最嚴(yán)酷著陸停止，是在飛機(jī)著陸重量和速度最臨界的組合狀態(tài)下的停止，是基于安全性分析得到的結(jié)果。若不能排除下列兩種情況，則在剎車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮最嚴(yán)酷著陸停止：（1）若安全性分析結(jié)果表明極不可能（發(fā)生概率小于10-9）的失效情況可不必考慮；（2）若這些失效導(dǎo)致的最嚴(yán)酷著陸停止不比最大動(dòng)能加速停止更嚴(yán)酷時(shí)，也可不必考慮。

本文從臨界飛機(jī)重量、臨界飛機(jī)著陸速度以及臨界飛機(jī)著陸重量和速度組合三個(gè)方面研究如何完整的定義飛機(jī)最嚴(yán)酷著陸。

2.1 臨界飛機(jī)著陸重量

考慮到飛機(jī)起飛后，可能發(fā)生應(yīng)急返場(chǎng)著陸而導(dǎo)致飛機(jī)超過(guò)最大設(shè)計(jì)著陸重量。AC25.735-1中給出，最嚴(yán)酷停止中的臨界重量是指最大起飛重量減去起飛和返場(chǎng)著陸的耗油量，假設(shè)總飛行時(shí)間為30分鐘，若飛機(jī)安裝放油系統(tǒng)，則應(yīng)計(jì)入15分鐘的放油量。

在定義飛機(jī)臨界著陸重量時(shí)，飛機(jī)性能還需滿足CCAR25.1001的要求。此處不疊加考慮故障導(dǎo)致的著陸速度增加，可僅考慮因飛機(jī)著陸重量增加而導(dǎo)致的著陸速度和能量增加，得到的能量定義為超重著陸能量。

2.2 臨界飛機(jī)著陸速度

此處以最大設(shè)計(jì)著陸重量著陸，通過(guò)安全性分析得到各種可能導(dǎo)致著陸速度增加且失效概率大于10-9的單個(gè)或多個(gè)失效狀態(tài)，包括單發(fā)失效、襟/縫翼失效等。尋找出其中最大能量的情況，得到的能量定義為超速著陸能量。

2.3 臨界飛機(jī)著陸重量和速度組合

最嚴(yán)酷著陸停止情況是基于典型的單個(gè)或多個(gè)可預(yù)見(jiàn)的失效情況。最嚴(yán)酷著陸停止中的臨界著陸重量和速度的組合定義，是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工作，需跨專(zhuān)業(yè)合作完成全機(jī)系統(tǒng)安全性分析以及特定風(fēng)險(xiǎn)分析得到所有可能導(dǎo)致飛機(jī)超重且超速著陸的失效狀態(tài)或組合（參見(jiàn)圖1）。

2.4 最嚴(yán)酷著陸工況定義

2.1～2.3章節(jié)分別從臨界飛機(jī)重量、臨界飛機(jī)著陸速度以及臨界飛機(jī)著陸重量和速度組合進(jìn)行定義。從3種工況中找出其中最嚴(yán)酷的情況，將該最嚴(yán)酷的情況與最大動(dòng)能加速停止相比。若最大動(dòng)能加速停止更嚴(yán)酷，則可不考慮該項(xiàng)；若該項(xiàng)最嚴(yán)酷著陸情況更嚴(yán)酷，則需通過(guò)分析和試驗(yàn)表明在該最臨界的故障情況下剎車(chē)有能力剎停飛機(jī)。

3 最嚴(yán)酷著陸剎車(chē)能量的計(jì)算方法

每個(gè)機(jī)輪和剎車(chē)裝置的剎車(chē)動(dòng)能吸收要求可按下述方法之一確定：（1）直接計(jì)算方法：剎車(chē)能量等于開(kāi)始使用剎車(chē)時(shí)的飛機(jī)動(dòng)能；（2）保守分析方法：對(duì)使用剎車(chē)過(guò)程中預(yù)期會(huì)出現(xiàn)的事件序列進(jìn)行保守的合理分析，應(yīng)考慮：a.第一次使用剎車(chē)時(shí)的保守飛機(jī)地速；b.預(yù)期的輪胎對(duì)地摩擦系數(shù)范圍；c.輪胎對(duì)地正壓力；d.氣動(dòng)阻力；e.發(fā)動(dòng)機(jī)正推力；f.若更嚴(yán)酷則需考慮單發(fā)失效情況。

使用保守分析方法計(jì)算剎車(chē)能量，需首先確定剎車(chē)過(guò)程中所有參數(shù)的保守值，然后通過(guò)能量守恒法得到整個(gè)過(guò)程中剎車(chē)吸能的總量。使用保守分析方法計(jì)算剎車(chē)能量更加合理，但困難在于，保證每一參數(shù)值的準(zhǔn)確和保守。

4 最嚴(yán)酷著陸停止驗(yàn)證所需考慮因素

4.1 剎車(chē)起始溫度

剎車(chē)吸能能力的驗(yàn)證要求在指定起始溫度下進(jìn)行，而該溫度應(yīng)盡可能的代表實(shí)際使用過(guò)程中的典型情況。此處的剎車(chē)起始溫度，與起飛線安全放飛溫度息息相關(guān)。

剎車(chē)起始溫度值影響剎車(chē)吸能量。在執(zhí)行最嚴(yán)酷著陸停止時(shí)，如果剎車(chē)熱包起始溫度超過(guò)門(mén)限值，剎車(chē)可能無(wú)法產(chǎn)生足夠力矩在允許場(chǎng)長(zhǎng)內(nèi)剎停飛機(jī)，或者無(wú)法吸收如此大能量而導(dǎo)致起火。

TSO給出了兩種定義剎車(chē)起始溫度的方法：

（1）經(jīng)驗(yàn)方法，對(duì)最嚴(yán)酷著陸停止，起始溫度為環(huán)境溫度加上10%的RTO能量產(chǎn)生的溫升。（2）合理分析方法定義剎車(chē)起始溫度時(shí)，應(yīng)計(jì)及：a.前一次典型著陸后的剎車(chē)溫度；b.滑入停機(jī)坪過(guò)程中使用剎車(chē)的溫度變化；c.停放時(shí)的溫度變化；d.滑出停機(jī)坪過(guò)程中使用剎車(chē)的溫度變化；e.起飛加速過(guò)程的剎車(chē)溫度變化；f.剎車(chē)收入艙內(nèi)的溫度變化。

4.1.1 安全放飛溫度

定義最嚴(yán)酷著陸剎車(chē)起始溫度時(shí)，需結(jié)合安全放飛溫度一起考慮，并綜合進(jìn)最嚴(yán)酷著陸剎車(chē)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。AMC 25.735要求應(yīng)保證實(shí)際使用時(shí)剎車(chē)溫度低于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證的剎車(chē)起始溫度。

安全放飛溫度為起飛線處允許飛機(jī)放飛的安全剎車(chē)溫度值，是由前一次典型著陸，經(jīng)過(guò)滑入、過(guò)站停放、滑出等一系列溫度變化后得到的起飛線處剎車(chē)溫度值。

4.1.2 滑行溫度變化

滑行時(shí)頻繁使用剎車(chē)，一方面是需要轉(zhuǎn)彎或機(jī)場(chǎng)地面交通限制，另一方面是飛機(jī)的滑行速度超過(guò)滑行道限制而需剎車(chē)減速。定義剎車(chē)起始溫度時(shí)，需要考慮滑入和滑出停機(jī)坪中剎車(chē)的溫度變化。因此，特別需要清楚飛機(jī)在地面慢車(chē)推力作用下的運(yùn)動(dòng)情況：（1）若飛機(jī)在地面慢車(chē)推力作用下加速度大，滑行速度遠(yuǎn)超滑行道速度限制，則需頻繁使用剎車(chē)；針對(duì)此種情況，建議由滑行距離要求及每公里滑行能量值分析滑入和滑出過(guò)程中的溫度變化。（2）若飛機(jī)在地面慢車(chē)推力作用下不會(huì)超過(guò)滑行道速度限制，則可通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析定義出典型的滑入和滑出停機(jī)坪時(shí)的剎車(chē)使用頻率，分析滑入和滑出過(guò)程中的溫度變化。

4.2 剎車(chē)自身狀態(tài)

最嚴(yán)酷著陸停止能量是分配到每一個(gè)機(jī)輪、剎車(chē)和輪胎組件剎車(chē)動(dòng)能吸收要求。因此應(yīng)通過(guò)安全性分析得到，有單一故障或多個(gè)故障疊加的情況下，在各種可預(yù)期的條件下實(shí)際可執(zhí)行剎車(chē)功能的剎車(chē)機(jī)輪的數(shù)量，據(jù)此分析全機(jī)總能量分配到每個(gè)剎車(chē)上的吸能要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

最嚴(yán)酷剎車(chē)能量的定義，對(duì)剎車(chē)研發(fā)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。根據(jù)適航條款要求，若不能排除最嚴(yán)酷著陸工況，則必須確定每一個(gè)機(jī)輪剎車(chē)輪胎組件最嚴(yán)酷著陸停止工況下的剎車(chē)動(dòng)能吸收要求。在定義單輪最嚴(yán)酷著陸能量時(shí)，需首先定義最嚴(yán)酷著陸工況、全機(jī)最嚴(yán)酷著陸能量值、剎車(chē)起始溫度、可執(zhí)行剎車(chē)的機(jī)輪數(shù)量。保守分析方法計(jì)算剎車(chē)能量比直接計(jì)算方法更合理，但是難以保證每一參數(shù)值的準(zhǔn)確和保守。合理的剎車(chē)能量定義，既能保證剎車(chē)使用和飛機(jī)的安全，又不致使飛機(jī)背負(fù)不必要的重量飛行而降低成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]CCAR25R4.運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]AC 25.735-1 BRAKES AND BRAKING SYSTEMS CERTIFIC

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[3]AMC 25.735 Acceptable Means of Compliance.