運輸類飛機停機剎車試驗技術研究

張文星 劉苗鑫

摘? 要：文章以停機剎車試驗要求為研究背景，利用力矩平衡的方法從理論上估算了試驗過程中機輪滾動的可能性，給出了運輸類飛機停機剎車試驗思路，并以某型客機停機剎車適航審定試驗為范例證明了理論分析的正確性，積累了一定的工程經(jīng)驗，對相關型號的審定試飛具有一定的指導意義。

關鍵詞：剎車系統(tǒng)試飛;停機剎車;風險管控

中圖分類號：V227.7? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）16-0015-03

Abstract： In this paper， based on the research on stop brake test， the possibility of wheel rolling in the test process is estimated theoretically using the method of torque balance， and the train of thought of stop brake test for transportation aircraft is given. Taking the airworthiness test of the stop brake of a certain type of airliner as an example， the correctness of the theoretical analysis is proved， and some engineering experience is accumulated， which has a certain guiding significance for the approved flight test of the relevant models.

Keywords： brake system flight test; stop brake; risk control

引言

按照《中國民用航空規(guī)章（第25部）》的要求，停機剎車試驗是剎車系統(tǒng)必須進行的適航審定的試驗內(nèi)容，需要驗證飛機在最大起飛重量，重心后限條件下，關鍵發(fā)動機處于起飛推力，其余發(fā)動機處于慢車推力時，施加停機剎車后30s，起落架機輪沒有滾動現(xiàn)象且相關告警正確[1，2]。通常飛機在停機坪時使用停機剎車，并且飛機很可能要在發(fā)動機關車條件下停放較長時間，因此，停機剎車一般不用正常的液壓源供壓，而僅僅依靠蓄壓器提供壓力。如果停機剎車使用的壓力過大，很可能導致蓄壓器壓力迅速衰減，不能滿足相關使用要求。大部分停機剎車的壓力設計值較小，僅僅滿足將飛機剎停的要求。根據(jù)對相關剎車系統(tǒng)的分析，部分型號的停機剎車的剎車壓力僅僅為最大剎車壓力的一半左右。停機剎車另一個經(jīng)常使用的工況是飛機在起飛線時，利用停機剎車將飛機剎停。當飛行員操縱飛機起飛時，很有可能錯誤地僅將一臺發(fā)動機油門施加至起飛狀態(tài)，此時飛機極有可能由于剎車能力不足而偏出跑道。由于停機剎車提供的剎車壓力較小，飛機極有可能沖出或偏出跑道，造成飛行事故。因此，在進行停機剎車試驗時需對停機剎車提供的摩擦力和抗偏航力矩進行分析，確保其有足夠的安全裕度，避免事故發(fā)生。

1 理論分析

停機剎車試驗時，關鍵動機處于起飛推力，另一臺發(fā)動機處于慢車推力。以某型客機停機剎車試飛為例，假定在試驗條件下飛機處于靜止狀態(tài)，那么飛機在地面停止的力和力矩是平衡的。此時飛機的受力分析如圖1所示。

飛機受到右發(fā)和左發(fā)的推力分別為TR和TL，受到左右機輪的靜摩擦力分別為NR和NL。根據(jù)力和力矩平衡，列出如下方程組：

2 停機剎車試驗設計

2.1 一般性要求分析

針對中國民用航空規(guī)章第25部第735條的要求進行分析，可得停機剎車試驗的條件如下：

（1）飛機在最大起飛重量，重心后限。由于停機剎車考核的主要是機輪在試驗條件下滾動的可能性，因此，條款要求在最大起飛重量、重心后限進行試驗，是因為此時機輪與地面的作用力大，飛機只要向前滑動，滑動摩擦力最大，最有可能帶動機輪滾動。

（2）施加停機剎車后，關鍵發(fā)動機處于起飛推力，其余發(fā)動機處于地面慢車狀態(tài)。此種狀態(tài)是飛機在起飛前較為有可能的誤操作現(xiàn)象，且一旦飛機向前運動，極有可能因為發(fā)動機的不對稱力矩而偏出跑道，因此，條款將此工況定為停機剎車的試驗工況。

（3）試驗需在干燥水平跑道上進行。干燥的跑道摩擦系數(shù)較大，在機輪和跑道壓力一定的條件下，只有干燥跑道才能提供較大的摩擦力，也能造成機輪滾動的最大可能性。

（4）停機剎車施加、發(fā)動功率設定后，飛機應該出現(xiàn)相應的構型告警。構型告警是為了提醒飛行員操縱出現(xiàn)錯誤，防止飛機帶著錯誤的發(fā)動機功率設定起飛，造成安全隱患。

根據(jù)對停機剎車的條款要求分析，停機剎車試驗應同時在以下條件下進行：

（1）試驗時，飛機停放在跑道端頭并將機頭指向跑道另一端頭，給飛機沖出跑道留足跑道安全余量，確保試飛員有足夠的時間處置特情。

（2）停機剎車施加后，發(fā)動機油門的操縱應該緩慢進行，避免快速推油門時發(fā)動機推力突然增加引起飛機動態(tài)低頭，從而損傷前起落架結構。緩慢施加發(fā)動機推力還有助于控制試驗風險。如果在緩慢施加油門過程中飛機有向前移動或滾動的趨勢，應立即停止試驗，避免出現(xiàn)意外。

（3）由于機輪輪速傳感器精度一般不足以測量機輪輕微轉(zhuǎn)動或滑動，因此，應在飛機關鍵發(fā)動機一側(cè)的安全范圍內(nèi)，設置攝像機拍攝機輪運動情況。

（4）拍攝機輪時應在機輪外側(cè)畫一條清晰白線，供攝像機拍攝參考。

（5）地面技術人員與機組配備對講機，協(xié)同試驗和拍攝時機。

（6）在滿足試驗狀態(tài)后，30s內(nèi)起落架機輪沒有滾動現(xiàn)象。

2.2 試驗程序

停機剎車試驗是試驗準備和現(xiàn)場組織管理較為復雜的試驗科目。根據(jù)分析，停機剎車應遵循以下試驗程序：

（1）試驗前，對起落架及其附屬結構進行檢查，確保起落架系統(tǒng)結構完好。

（2）飛機在向試驗點滑行過程中，利用停機/應急剎車將飛機剎停一次，觀察飛機動態(tài)響應，確保停機/應急剎車工作正常。

（3）飛機停止在跑道上，機頭正對跑道中心線，將腳蹬剎車踩至最大行程，通過觀察剎車壓力確認正常剎車系統(tǒng)工作正常。盡管應急剎車試驗的液壓源與正常剎車的液壓源不同，但是為了防止飛機意外沖出跑道，必須確保正常剎車系統(tǒng)工作正常。

（4）飛機停止在試驗點后，關閉發(fā)動機，地勤人員對關鍵發(fā)動機一側(cè)的起落架機輪進行劃線。劃線應與地面保持垂直，沿徑向標注寬度為50mm的白色徑向條紋，從接地點開始，沿輪軸方向向外標注長度為500mm、寬度為50mm的白線。

（5）在地面白線的延長線上，設立攝像機機位，對機輪進行拍攝。攝像機的時間應與機上時間協(xié)調(diào)一致。

（6）清理機輪附近區(qū)域，避免雜物影響試驗結果。

（7）試飛員進行施加停機剎車、緩慢操縱關鍵發(fā)動機油門時，攝像機持續(xù)拍攝30s。

3 試驗結果分析

圖2給出，某型客機停機剎車試驗開始前（左圖）與終止后（右圖）的拍攝畫面。根據(jù)拍攝畫面和相關試驗數(shù)據(jù)分析可知，停機剎車施加后發(fā)動機油門桿到預定位置（左發(fā)慢車、右發(fā)起飛功率）至發(fā)動機右發(fā)油門桿收回時刻間隔58s，飛機機輪未出現(xiàn)滾動和滑動現(xiàn)象，相關構型告警正確，表明停機剎車設計滿足條款要求。試驗結果同時證明，針對試驗的理論計算中對偏航力矩的評估計算較為可信。

4 結束語

本文較為詳細地介紹了按照《中國民用航空規(guī)章（第25部）》進行停機剎車試驗的理論分析和試驗設計，試驗結果證明理論分析和試驗設計較為合理，可以有效避免試驗風險。本文的試驗方法有一定的通用性，可以指導相關型號適航取證的停機剎車試驗。

參考文獻：

[1]中國民用航空總局.CCAR-25-R4.中國民用航空條例第25部運輸類飛機適航標準[S].中國民用航空總局，2011.

[2]AC25-7C.Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes [M]. Federal Aviation Administration， 2011.