飛機(jī)剎車性能持續(xù)改進(jìn)

■ Paul Seidenman, David Spanovich

在新一代飛機(jī)追求更好的可持續(xù)性和更富有成本效益的同時(shí)，體現(xiàn)在飛機(jī)剎車系統(tǒng)上，就是要求剎車系統(tǒng)變得越來越環(huán)保，越來越清潔，同時(shí)在翼壽命越來越長。

據(jù)霍尼韋爾公司介紹，在下一代飛機(jī)上，制造商們正在尋求電動剎車作動控制系統(tǒng)（簡稱“電控剎車”），同時(shí)也期望在剎車系統(tǒng)中具有更多環(huán)保性能的部件。除此之外，這個(gè)行業(yè)還追求更耐用的產(chǎn)品，以求維護(hù)成本最低。

雖然碳和鋼依舊是剎車的首選材料，但新的剎車系統(tǒng)選擇更多的是碳剎車，而不再是鋼剎車。例如，霍尼韋爾正在專注于其碳剎車制造工藝，以制造出壽命更長的碳剎車盤，同時(shí)也在集中精力提升當(dāng)前使用件的壽命，以延長碳剎車盤大修間隔。據(jù)介紹，通過某項(xiàng)專利性的技術(shù)，某款剎車的大修間隔提升了20%多。

關(guān)于將空客A330ceo飛機(jī)上的舊剎車改裝為新型碳剎車的問題，霍尼韋爾正在走最后的審批流程，最終的目的是使A330ceo和A330neo都能使用碳剎車。據(jù)霍尼韋爾介紹，碳剎車使用了其最新一代碳復(fù)合摩擦材料，以及先進(jìn)的集成設(shè)計(jì)理念和專利的防氧化涂層，產(chǎn)品優(yōu)勢在于具備更高的耐用性，更好的剎車性能，同時(shí)減輕重量，降低花費(fèi)。

再者霍尼韋爾公司還在研發(fā)電控剎車，即不使用液壓系統(tǒng)仍可獲得更長的壽命?；裟犴f爾公司表示，雖然現(xiàn)在對于電控剎車還不能提出一個(gè)明確的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，但是他們已經(jīng)為適用于任何新設(shè)計(jì)飛機(jī)的電控剎車做好了準(zhǔn)備，而且還在利用航空專業(yè)知識開發(fā)更具數(shù)據(jù)連接特性的剎車系統(tǒng)。

盡管更新、更輕的材料更易于導(dǎo)致零部件壽命變短，但由此帶來的燃油費(fèi)用節(jié)省足以超過此材料的翻修成本。

柯林斯宇航公司認(rèn)為，降低運(yùn)行成本依舊是剎車OEM廠家的主要目標(biāo)。例如通過增加在位件（landings）著陸數(shù)目，以及讓剎車系統(tǒng)在維修時(shí)更容易維護(hù)。此外提高可靠性是降低成本的另一個(gè)驅(qū)動因素，尤其當(dāng)運(yùn)營商機(jī)隊(duì)比較大且多樣化時(shí)，可靠性尤為重要。再有柯林斯非常關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是“可持續(xù)性”，即生產(chǎn)可循環(huán)利用、能效更高的、電動的產(chǎn)品。

事實(shí)上近年來，為了使起落架能夠承受越來越重的負(fù)載，行業(yè)開始探索更耐用和更輕的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樨?fù)載越高，著陸時(shí)聚集的能量就越大，這就需要材料具備更好地散熱性能和耐高溫性能。

柯林斯宇航公司認(rèn)為未來機(jī)輪和剎車材料的發(fā)展趨勢之一是在提升耐用性的同時(shí)減輕系統(tǒng)的重量。柯林斯看好復(fù)合材料的巨大潛力，尤其是熱塑性復(fù)合材料在起落架結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。

柯林斯宇航公司認(rèn)為，更好的碳復(fù)合材料成分及加工工藝是提高剎車盤的熱容量和壽命的關(guān)鍵，當(dāng)然可用于機(jī)輪和其他的剎車結(jié)構(gòu)的輕型合金也正在研發(fā)。

空客A220飛機(jī)上由Meggitt公司制造的主機(jī)輪、前輪和剎車均采用了高強(qiáng)度合金材料。

盡管飛機(jī)機(jī)輪正在變得越來越精簡，但新材料及其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)仍可保證其具備合格的可靠性。

總的來說，柯林斯宇航開發(fā)機(jī)輪和剎車的宗旨是通過提升和優(yōu)化設(shè)計(jì)提高耐用性，同時(shí)減輕重量，減少不環(huán)保材料以及防腐材料和涂層的使用。例如，剎車組件上的扭力盤材料從鋼變成鈦，目的是減輕重量，同時(shí)提升防腐性能；再如在機(jī)輪設(shè)計(jì)上引入自鎖封圈，通過避免使用螺栓來提高可維護(hù)性。

柯林斯宇航公司認(rèn)為，在過去的數(shù)十年中，與鋼剎車相比，碳剎車的應(yīng)用增長迅速，主要的原因是能夠大幅減輕重量。以柯林斯宇航的Duracard碳剎車摩擦材料為例，將其用于一架窄體機(jī)的剎車，其重量會降低多達(dá)200磅（約90千克），與其他碳剎車材料相比約提升35%的剎車壽命。

此外，材料化學(xué)家也在持續(xù)革新散熱材料，以保證其在更高的運(yùn)行溫度和更嚴(yán)酷的運(yùn)行環(huán)境中能夠正常使用。這類材料系統(tǒng)被應(yīng)用于碳材料的生產(chǎn)過程中，被稱為氧化保護(hù)系統(tǒng)，簡稱OPS涂層。

Meggitt公司表示，新的輕型合金正在被逐步用于剎車的主要結(jié)構(gòu)部件，如剎車套和輪轂，同時(shí)材料和涂層的改進(jìn)也有助于減少碳排放。

例如，更新更大的飛機(jī)一般會使用更多的散熱材料達(dá)到減重的目的，同時(shí)在碳剎車的散熱材料上涂以改良的抗氧化涂層，以提高碳剎車的耐高溫和耐催化劑的性能。如果考慮到二次翻修時(shí)單個(gè)剎車碳盤的再利用問題，這就對剎車盤的設(shè)計(jì)工藝提出了更多的要求。

Meggitt公司也認(rèn)為，實(shí)際上碳剎車散熱材料的開發(fā)通常也會為剎車和機(jī)輪的重量效率提升帶來很大的影響。同時(shí)，優(yōu)化機(jī)輪和剎車的所有部件，使用最新的技術(shù)分析，也有助于開發(fā)更輕量化、性能更優(yōu)的產(chǎn)品。例如，近年來隨著分析和仿真技術(shù)越來越強(qiáng)大，越來越多的仿真技術(shù)被應(yīng)用于機(jī)輪和剎車部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)減重更多、更耐用。目前主要使用在主輪和剎車上，這也是當(dāng)前公認(rèn)的最有可能減重降本之處。

World Aero 公司認(rèn)為，機(jī)輪和剎車部件的減重?zé)o疑是其優(yōu)化的一個(gè)重要趨勢。過去機(jī)輪十分笨重，現(xiàn)在人們正試圖通過新材料和更強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使它們變得既精致小巧又性能可靠。

然而，事實(shí)上這種情況在于權(quán)衡。不可否認(rèn)新的更輕的部件可能造成部件壽命更短，但是剎車性能的提升和燃油成本的節(jié)約帶來的效益會超過其在翻修過程中潛在的廢品率所造成的額外成本。

以無螺栓機(jī)輪為例，目前主要應(yīng)用于公務(wù)機(jī)，它屬于革命性的改進(jìn)。由于部件更少，所以減重更多，也更易于檢查，但目前除了C-130飛機(jī)，無螺栓機(jī)輪還尚未應(yīng)用于其他大型飛機(jī)的部件。

再如電控剎車，與液壓系統(tǒng)相比，液壓剎車如果出現(xiàn)液體泄漏，整個(gè)機(jī)輪剎車組件就必須被從飛機(jī)上拆下，剎車需要送到服務(wù)廠進(jìn)行診斷和維修。液壓剎車和機(jī)輪組件的拆裝通常需要花費(fèi)大概3～4小時(shí)，而且剎車送修過程還影響剎車系統(tǒng)的使用。相反，如果電控作動剎車出現(xiàn)問題，航線維護(hù)人員只需花費(fèi)不到1小時(shí)的時(shí)間就能進(jìn)行單個(gè)剎車作動控制單元的拆換。

即時(shí)電控剎車與與液壓剎車相比有很多優(yōu)點(diǎn)，但直到今天電控剎車也只在波音787飛機(jī)和空客220上取得了商業(yè)應(yīng)用，多數(shù)供應(yīng)商對其持謹(jǐn)慎態(tài)度。不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為電控剎車屬于未來技術(shù)，未來有望進(jìn)一步獲得更廣泛的應(yīng)用。相信隨著大家對電控剎車好處的進(jìn)一步認(rèn)識和掌握，思想會有所轉(zhuǎn)變。

從近期來看，剎車系統(tǒng)的研發(fā)重點(diǎn)仍將是改進(jìn)碳剎車的性能，尤其是通過加強(qiáng)抗氧化性來提升在翼壽命，降低機(jī)隊(duì)的維護(hù)成本。因?yàn)檠趸翘紕x車的頭號敵人，盡管現(xiàn)在已經(jīng)在抗氧化方面取得了許多進(jìn)展。