飞机着陆的最后一道保险——机轮刹车系统

cesifu • 2019年4月17日 pm2:00 • 资讯

哪里有运动，哪里就有制动——对于一架高速运动的飞机，要使其安全平稳地由运动状态达到理想静止状态，除了要具备与其相匹配的动力控制系统外，还需要具备一套性能优良、安全可靠的机轮刹车系统。飞机机轮刹车系统是由机轮、刹车装置以及控制系统组成的，该系统对于飞机而言有着与发动机系统同等重要的作用，同时也与发动机二者并属飞机飞行生命中使用成本最高的两个系统。据波音公司统计，飞机在地面机动时发生的事故数量占到了总事故的41%，其中多数事故与刹车系统故障有关——鉴于此，长期致力于航空安全科普的二次元君必须向屏幕前的你把它讲清楚！

何为机轮？机轮何用？

通俗来说，飞机机轮刹车系统的作用与汽车刹车系统基本相同，机轮主要承受飞机载荷，刹车装置是利用刹车盘或刹车片的摩擦产生制动力，而控制系统则类似于汽车的防抱死系统，是保障飞机着陆安全的关键机载系统，但不同的是，机轮刹车系统的承载能力要求是汽车的20~40倍，吸收能量的要求则更是高达汽车的100~800倍，而其重量和体积却仅为汽车的2~5倍。

从机轮系统的特点我们可以了解到，飞机机轮是整个机轮系统的主要工作部件，其损耗性决定了它必须符合低重量、高承载、长寿命等要求，因此机轮通常由镁合金和铝合金制造而成，其制造方式则分为铸造和锻造两种：铸造合金具有成本低，产量高等特点，在建国初期直到七十年代我国一直采用铸造的方式制造飞机机轮，但铸造合金的承载能力弱、疲劳强度低等缺陷也使得其可靠性一直饱受质疑。从七十年代开始，包括我国在内的各国相继开始研究和使用锻造技术制造机轮，与铸造机轮相比，锻造机轮的各项指标都实现了倍数级别的提高，并且随着近年来技术的不断提升，锻造机轮的制造成本得到了有效降低，目前已经成为了主流。

刹车装置的渐进发展

光有机轮还不够，机轮还需要和刹车装置通过摩擦产生制动力，将飞机的减速过程中的动能转化为热能，才能使飞机最终停下来。典型的刹车方式为钳式刹车（汽车就是采用这种刹车方式），采用粉末合金刹车材料对合金钢或者铸铁摩擦产生制动力，在这种方式之下，材料便成为了刹车装置的核心。早期的航空刹车材料是有机粘结剂材料，这种材料具备耐热性好、热吸收速度快等特点，能够适用于早期的飞机刹车系统，但这种材料的损耗率高，使用寿命短，所以已经无法应用于现今的飞机制造领域。

取代有机粘结剂材料的是粉末冶金材料，粉末冶金材料又名烧结金属材料，是以金属及其合金为机体，添加各类制动材料的类似于金属陶瓷的一种新材料，伴随着这种材料我国的航空工业顺势研发出了世界领先的盘式航空制动装置，一举将我国的飞机刹车系统推向世界先进水平。材料是刹车装置技术的核心——我国在该材料的基础上进一步研发，又成功试制出了新型的碳-碳复合刹车材料，与前几代刹车材料相比，该材料对于飞机制动系统而言具有真正的里程碑意义，该刹车材料在使用寿命提高一倍的同时，其余各项性能均能够提高四成以上，目前它不仅广泛应用于我国各型国产飞机，并且还在空客和波音的数款机型上加以应用，使我国在该领域对西方国家实现了弯道超车。

机轮刹车系统的大脑——控制系统

有了上述两项基本条件，机轮刹车系统还需要具备一个“敏感”的大脑：它必须充分感知飞行员发出的刹车指令，并伴随指令让机轮刹车系统输出大小适宜的刹车作动力，使轮胎与地面达到最大摩擦系数以减少飞机的刹车距离。早期飞机的控制系统一般采用机械惯性液压技术，该系统依赖传统的力学原理进行指令传感，在达到一定使用时间后其效率和安全性都会逐渐降低；取代它的是模拟电子液压技术，模拟电子系统不会随着使用时间而出现老化等问题，因此很快便成为了国内外先进战斗机刹车控制系统的标准配置；进入二十一世纪，随着军民飞机迈向全电子化的发展趋势，各国又开始对全电刹车控制技术展开了研究，其主要目的在于利用电机装置替代液压装置，进一步提高机轮刹车系统的可靠性、可监控性和可维护性。

尽管我国目前的航空制造技术整体还不具备国际领先优势，但我国在以机轮刹车系统为中心的制动领域却已经达到了国际领先水平。因此，在享受先进制动技术带来充分安全的同时，我们必须铭记那些为了让我们在每一次起降时都能平平安安的一代又一代中国航空人，是他们用自己的智慧和心血铸就了我们的安全保障！

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