吳華偉 陳特放 黃偉明 胡春凱 陽 波

（1.中南大學(xué)信息工程學(xué)院，湖南 長沙 410083；2.中南大學(xué)航空航天學(xué)院，湖南 長沙 410083；3.成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，四川 成都 610041）

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，尤其在民機(jī)方面，人們對飛機(jī)的安全性、可靠性、舒適性及全天候起降要求越來越高。良好的制動性能是飛機(jī)安全的重要保障，飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)就是在各種跑道狀態(tài)下最大限度合理利用地面所能提供的結(jié)合力矩，使飛機(jī)安全平穩(wěn)的制動。

地面動力慣性臺模擬試驗(yàn)是裝機(jī)前最為重要的驗(yàn)證手段和飛機(jī)整體著陸性能確定的主要數(shù)據(jù)來源。如何進(jìn)行動力試驗(yàn)?zāi)M外場跑道狀態(tài)，目前國內(nèi)還無統(tǒng)一和明確的對應(yīng)方法，特別在民機(jī)方面，國內(nèi)飛機(jī)剎車系統(tǒng)制造廠商動力試驗(yàn)方法也尚無明確的規(guī)定。根據(jù)飛機(jī)制造商的統(tǒng)計(jì)，近年來發(fā)生的事故和事故征候主要類型為沖出跑道。其中大部分發(fā)生在濕跑道和污染跑道的著陸[1、2]。

1 跑道狀態(tài)定義

通常將飛機(jī)跑道表面狀態(tài)分為：干、濕（潮濕、積水等）和污染（雪、冰、油液、橡膠等）等[1]情況。對飛機(jī)安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響較大是濕跑道和污染的跑道，由于飛機(jī)跑道的特殊性，污染跑道實(shí)際制動效果和濕跑道表現(xiàn)形式很相似——輪胎與跑道間的摩擦系數(shù)下降，飛機(jī)制動距離加長。表1、表2為飛機(jī)在濕跑道上著陸的制動效果[1、2]。

由現(xiàn)行相關(guān)飛機(jī)剎車系統(tǒng)方面的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)[2～12]可知：對飛機(jī)在不同的跑道狀態(tài)上的剎車制動性能要求，主要集中定性要求方面，而對濕、冰跑道的詳細(xì)分類和試驗(yàn)要求沒有具體規(guī)定和要求。目前國內(nèi)剎車系統(tǒng)動力試驗(yàn)，主要采取變換輪胎壓縮量或載荷（1、1/2、1/4）的方式來模擬干、濕、冰不同跑道狀態(tài)，這種試驗(yàn)方法比較籠統(tǒng)，不能充分代表外場實(shí)際狀態(tài)。對民機(jī)而言，飛機(jī)在濕跑道或污染跑道上降落的幾率遠(yuǎn)高于軍機(jī)，因此，我們需要一套比較完整的動態(tài)聯(lián)試試驗(yàn)?zāi)M方法。

表1 Boeing公司跑道狀態(tài)描述

表2 剎車效應(yīng)、道面條件（污染物類型）與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系

2 動力慣性試驗(yàn)

在防滑剎車系統(tǒng)動力試驗(yàn)中，為了盡可能精確地測定系統(tǒng)性能及系統(tǒng)同飛機(jī)的協(xié)調(diào)性，機(jī)輪、剎車裝置與輪胎等飛機(jī)上的部件應(yīng)采用相應(yīng)的配套產(chǎn)品；系統(tǒng)所屬各種附件應(yīng)按飛機(jī)的相互關(guān)系配置連接，液壓管路長度與導(dǎo)管彎曲半徑應(yīng)盡量接近飛機(jī)上的實(shí)際情況；每套剎車裝置所吸收的動能、起始剎車速度、剎車壓力等試驗(yàn)參數(shù)應(yīng)與飛機(jī)上的真實(shí)工作參數(shù)相同，并應(yīng)考慮不同的跑道表面狀態(tài)。根據(jù)國內(nèi)外對跑道狀態(tài)的要求結(jié)合多年從事剎車系統(tǒng)的經(jīng)歷，并結(jié)合汽車、剎車材料、剎車機(jī)輪等方面的要求，我們制定了一套通過改變輪胎載荷來模擬不同跑道狀態(tài)的試驗(yàn)方法。表3為動力試驗(yàn)具體要求和類型。

表3 動力試驗(yàn)要求

2.1 動力試驗(yàn)所需參數(shù)

著陸載荷G：正常著陸載荷GZL、超載著陸載荷GSC、中止起飛載荷GSZD。

剎車動能A：正常剎車動能AS、超載剎車動能ASC、中止起飛剎車動能ASZD。

著陸速度V：正常著陸速度VZL、正常剎車速度VS、中止起飛剎車速度VSZD。

剎車壓力P：正常剎車壓力PS，起落架收上剎車壓力PSQ，起飛線停機(jī)剎車壓力PTQ。

輪胎壓力Q：正常輪胎充氣壓力QS，動力試驗(yàn)輪胎修正壓力QT。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.2.1 測定系統(tǒng)壓力響應(yīng)時(shí)間

迅速施加近似階躍的最大剎車壓力，測量剎車壓力上升和下降時(shí)間是否滿足使用要求。

2.2.2 剎車盤磨合試驗(yàn)

對于未經(jīng)磨合的剎車片，須不帶防滑剎車系統(tǒng)進(jìn)行磨合試驗(yàn)，直到機(jī)輪的平均剎車力矩達(dá)到規(guī)定的公差范圍內(nèi)。

2.3 正常著陸動力試驗(yàn)

按表3要求，至少要求進(jìn)行干跑道（G）、濕跑道或輕度污染跑道（3/4G）、淺積水或污染跑道（1/2G）、薄冰跑道或積水跑道（1/4G）、對于民機(jī)或特殊要求的飛機(jī)還需進(jìn)行冰跑道（1/8G）動力試驗(yàn)。此外還應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行如下項(xiàng)目。

2.3.1 輪間保護(hù)試驗(yàn)

系統(tǒng)一側(cè)的速度輸入接被試機(jī)輪的速度傳感器，另一或幾側(cè)的速度輸入接頻率信號發(fā)生器（模擬某一頻率值）。在動力試驗(yàn)過程中，當(dāng)受剎機(jī)輪的速度低于模擬頻率某一值時(shí)，系統(tǒng)自動釋放受剎機(jī)輪的剎車壓力。該功能在50±5km/h以下失效。

2.3.2 變載荷試驗(yàn)

由于升力的影響，飛機(jī)在著陸過程中輪胎的載荷呈先小后大趨勢。

飛機(jī)升力一般公式:

式中：Cyh——飛機(jī)著陸滑跑時(shí)的升力系數(shù)；

ρ——當(dāng)?shù)貦C(jī)場空氣密度；

S——機(jī)翼面積；

V——飛機(jī)速度。

因此在試驗(yàn)過程中，可根據(jù)速度與升力的關(guān)系，在條件許可下進(jìn)行變載荷試驗(yàn)。

2.3.3 低速適應(yīng)性試驗(yàn)

2.3.3.1 1/2正常著陸速度

正常1/4剎車能量，1/2著陸速度下進(jìn)行試驗(yàn)，并考核剎車效率。

2.3.3.2 低速小能量連續(xù)剎車

連續(xù)若干次50km/h～80km/h剎車試驗(yàn)，模擬外場低速滑行，要求最大剎車力矩不能變化太大。

2.3.4 高、低電壓試驗(yàn)

將剎車系統(tǒng)供電電壓分別調(diào)為16V和30V情況下，進(jìn)行一兩次著陸載荷系統(tǒng)試驗(yàn)，要求防滑剎車系統(tǒng)應(yīng)能工作穩(wěn)定，性能不變。

2.3.5 抗衰退試驗(yàn)

主要考核剎車材料在濕態(tài)和熱態(tài)情況下，剎車材料摩擦性能的穩(wěn)定性?？呻S剎車材料一起考核。

2.3.6 多輪試驗(yàn)

對于小車式多輪起落架結(jié)構(gòu)，還需要進(jìn)行至少雙輪同時(shí)模擬試驗(yàn)：

一是兩剎車主機(jī)輪采用相同載荷模擬進(jìn)行干跑道、濕跑道、積水跑道及冰跑道防滑剎車試驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)對各種跑道的適應(yīng)性和可靠性；

二是兩剎車主機(jī)輪采用不同載荷模擬干跑道和濕跑道、積水跑道和冰跑道進(jìn)行防滑剎車試驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)對多輪飛機(jī)的適應(yīng)性；

三是兩剎車主機(jī)輪采用相同載荷，剎車速度為二分之一著陸速度時(shí)，模擬干跑道、濕跑道進(jìn)行防滑剎車試驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)對碳剎車機(jī)輪的適應(yīng)性。

2.4 超載著陸動力試驗(yàn)

按主機(jī)規(guī)定的超載著陸的剎車能量、剎車速度和剎車載荷進(jìn)行動力試驗(yàn)。試驗(yàn)方法類似2.3。

2.5 中止起飛動力試驗(yàn)

按主機(jī)規(guī)定的中止起飛的剎車能量、剎車速度和剎車載荷進(jìn)行動力試驗(yàn)。試驗(yàn)方法類似2.3。

3 評價(jià)準(zhǔn)則

防滑剎車系統(tǒng)應(yīng)盡一切努力為濕跑道調(diào)好防滑系統(tǒng)，在濕跑道上，防滑控制系統(tǒng)的性能是很關(guān)鍵的，剎車距離不是考慮的唯一因素[5、6]。因此在對防滑剎車系統(tǒng)動力試驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)時(shí)，我們采用剎車距離、剎車和剎車效率相結(jié)合的方法，同時(shí)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及有無發(fā)生機(jī)輪剎死傾向也應(yīng)作為評估系統(tǒng)優(yōu)劣的指標(biāo)之一：

一是機(jī)輪輪胎載荷大于或等于二分之一（正常、超載、中止起飛）著陸載荷下考核剎車距離；機(jī)輪輪胎載荷等于或小于二分之一（正常、超載、中止起飛）著陸載荷下考核防滑性能，電子防滑剎車系統(tǒng)的力矩或壓力效率應(yīng)越高越好。具體見表3中的剎車距離和剎車效率要求。

二是防滑剎車系統(tǒng)防滑工作次數(shù)小于或等于3次/秒，要求相同狀態(tài)下打滑次數(shù)越少越好；

三是防滑剎車系統(tǒng)應(yīng)在整個(gè)有效速度范圍內(nèi)，工作可靠，輪胎磨損均勻，不應(yīng)有卡滯現(xiàn)象出現(xiàn)；

四是輪胎載荷為1/8著陸停機(jī)載荷時(shí)剎車時(shí)間小于或等于4倍的著陸停機(jī)載荷剎車時(shí)間。其他2/8G和3/8G載荷試驗(yàn)時(shí)，時(shí)間應(yīng)更小。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

以某飛機(jī)正常著陸狀態(tài)為例，在大型動力慣性臺上以不同的載荷模擬飛機(jī)跑道的各種狀態(tài)下的剎車制動試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：剎車速度220 km/h，正常剎車能量9.6 MJ，全載荷65 kN，輪胎充氣壓力0.784 MPa，動力試驗(yàn)修正充氣壓力0.894 MPa。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

從試驗(yàn)過程和表4中可知，整個(gè)剎車過程平穩(wěn)高效，滿足主機(jī)要求。在以1/7載荷模擬冰跑道狀態(tài)時(shí)，剎車系統(tǒng)任能充分利用跑道與輪胎間的結(jié)合力矩，效率達(dá)74%以上。動力試驗(yàn)要求和方法合理，較充分的模擬了跑道表面所處的各種狀態(tài)，防滑剎車系統(tǒng)控制效果理想。

5 結(jié)論

通過全面完整的模擬剎車系統(tǒng)所面臨的著陸跑道狀態(tài)，更加嚴(yán)格考核剎車系統(tǒng)性能，為飛機(jī)剎車系統(tǒng)動力試驗(yàn)方法進(jìn)行規(guī)范性探索，同時(shí)也為飛機(jī)全天候起降提供較為全面試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而提高飛機(jī)制動的安全性和可靠性。

表4 某型飛機(jī)剎車系統(tǒng)動力試驗(yàn)

[1] INVESTIGATION REPORT199904538，ATSB，1999.

[2] AC–121–FS–2009–33 航空承運(yùn)人濕跑道和污染跑道運(yùn)行管理規(guī)定[S].

[3] GJB 2879A–2008 飛機(jī)機(jī)輪防滑剎車控制系統(tǒng)通用規(guī)范[S].

[4] GJB 1184A–2005 航空機(jī)輪和剎車裝置通用規(guī)范[S].

[5] HB 6080–1986 飛機(jī)機(jī)輪防滑剎車控制系統(tǒng)通用技術(shù)要求[S].

[6] HB 6761–1993 飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求[S].

[7] HB 6482–1992 起落架系統(tǒng)通用技術(shù)要求[S].

[8] GJB 3063–1997 飛機(jī)起落架系統(tǒng)通用規(guī)范[S].

[9] HB 5648–1981 航空機(jī)輪和剎車裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[10] GJB 1482–1992 飛機(jī)液壓系統(tǒng)附件通用規(guī)范[S].

[11] CCAR–25–R3 運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[12] CCAR–121FS–R2 大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則[S].

[13] HB 5434.4–2004 航空機(jī)輪摩擦材料試驗(yàn)方法 第四部分 動力試驗(yàn)臺剎車性能試驗(yàn)方法[S].

[14] GB/T 9747–2004 航空輪胎動態(tài)模擬試驗(yàn)方法[S].

[15] GB 7258–2004 機(jī)動車安全運(yùn)行技術(shù)條件[S].

[16] GB 21861–2008 機(jī)動車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法[S].

[17] GB 12676–1999 汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法[S].

[18] 鄧揚(yáng)晨，張爽等.飛機(jī)地面滑行過程中最短滑跑距離的確定[J].航空計(jì)算技術(shù)，2006，36（1）：71-74.

[19] 張建，李勤紅，周曉飛.飛機(jī)剎車盤磨損對制動距離的影響研究[J].飛行力學(xué)，2009，27（6）:68-71.