飛機防滑剎車原理及分析

胡志強+陳躍霞+張軍

摘 要 文章簡要介紹了飛機剎車的功能、原理及分類，闡述了幾種飛機防滑剎車的原理，并分析了防滑剎車的運用情況。

關鍵詞 飛機剎車；機輪速度

中圖分類號：V227 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0150-01

自從萊特兄弟發明飛機已過去一個世紀，飛機外形、尺寸等發生了翻天覆地的變化，飛機剎車也從最簡單的機械連桿式發展到現在的自動剎車。那么何謂飛機剎車？飛機剎車即飛機在地面滑跑過程中使飛機快速減速或停止的裝置。

現代飛機著陸速度一般在250～300 km/h，假如沒有機輪剎車裝置，飛機著陸滑跑距離將會達到4500～5000 m甚至更長，因此飛機著陸后應快速減速，減小對跑道長度的依賴，這是飛機剎車第一個主要功能；第二個主要功能是飛機滑跑起飛過程中如果出現非正常的噪音或振動、輪胎爆破、不正常的加速遲緩、發動機失效、發動機火警等情況時滿壓力剎車防止飛機沖出跑道造成災難。因此安全可靠的飛機剎車是飛機正常運行的必要設備。

1 飛機剎車系統概述

飛機剎車按其作用可分為：正常剎車、應急剎車、收起落架自動剎車、停放剎車。正常剎車又稱之為主剎車，在飛機著陸時使用，當正常剎車失效后用應急剎車剎停飛機。收起落架自動剎車用于飛機離地后收起落架的同時給機輪剎車，防止高速旋轉的機輪打傷輪艙機件，停放剎車用于保證飛機地面停放時受外力擾動（例如刮風情況）而不移位。現代飛機都采用液壓能源剎車，其上有多套液壓源，為提高可靠性，正常剎車和應急剎車連接不同的液壓源，為兩個獨立通道。而收起落架自動剎車的能源取自收起落架壓力管路，收起落架和剎車同時進行，一般與應急剎車管路共用。停放剎車路徑與正常剎車相同，只是采用機械裝置將剎車腳蹬固定在剎車的位置。

飛機剎車是通過飛行員踩壓剎車腳蹬，液壓能源通過剎車腳蹬帶動的剎車減壓閥驅動液壓缸的活塞給靜剎車盤（不隨機輪旋轉，可沿機輪軸線滑動，通過剎車殼體與輪軸剛性固定）和動剎車盤（固定在機輪導軌上，可以沿機輪軸線滑動并與機輪一起轉動）施加壓力，將數個靜剎車盤和動剎車盤緊緊地壓在一起，使飛機滑跑的動能通過動、靜剎車盤的摩擦轉化為熱能耗散掉，從而使飛機減速并剎停飛機。

2 飛機上幾種剎車原理分析

按飛機著陸速度250 km/h計算，假如飛機輪胎剎死1秒鐘，那么輪胎在跑道上的拖痕將長達69.4米，這么長的長度足以磨穿輪胎而使輪胎爆破，嚴重威脅飛機的安全因此現代飛機均采用防滑剎車。所謂防滑就是一閉環控制系統，實時監控機輪轉速并控制機輪剎車壓力使機輪不剎死而達到飛機安全滑跑。它能防止輪胎抱死時剎爆輪胎從而引發災難，使剎車平穩，有效提高了剎車效率，縮短了飛機著陸滑跑距離，同時減小輪胎磨損，延長輪胎使用壽命。飛機防滑剎車按原理可分為開關式、相對滑動量式和參考速率-速度差式。

開關式防滑剎車是早期的一種典型的防滑剎車，主起落架每個機輪上裝一個慣性傳感器，當飛行員踩下剎車閥，高壓液壓油經剎車閥、防滑電磁閥至機輪上液壓缸，液壓缸動作壓緊動、靜剎車盤開始剎車。如果機輪均勻減速，慣性傳感器中的慣性飛輪也均勻減速，慣性飛輪不會推動微動電門使防滑電磁閥工作，此時的剎車壓力由飛行員踩剎車閥的力度決定；如果剎車壓力太大或跑道上有積水，機輪速度突變或抱死，即機輪產生一負角加速度，當此負角加速度達到或大于設定值時，雖然機輪速度急劇降低或停轉，但慣性傳感器中的慣性飛輪在慣性作用下繼續轉動并推動微動電門使防滑電磁閥工作，防滑電磁閥工作后堵住飛行員剎車閥的來壓并釋放剎車液壓缸的剎車壓力，液壓缸活塞在回力彈簧作用下縮回，動、靜剎車盤壓緊力降低或消失，機輪又加速轉動，慣性傳感器中的慣性飛輪推動微動電門后貯存的機械能消耗殆盡，微動電門復位使防滑電磁閥失電，此時飛行員剎車閥的剎車壓力又經防滑電磁閥施加于剎車液壓缸進行剎車，而慣性傳感器中的慣性飛輪在摩擦彈簧的作用下也加速到與機輪速度對應的轉速。如此反復來實現飛機從著陸到停止或中止起飛過程的防滑剎車。國產的殲6、殲7、殲8、強5，英國的子爵號飛機、俄羅斯的伊爾-76飛機就采用了這種防滑控制系統。

相對滑動量即滑移率，滑移率定義為：

滑移率=飛機速度-機輪速度飛機速度×100%

實踐證明，當飛機剎車時滑移率保持在10%～15%時，輪胎與跑道間的摩擦系數最大，假設飛機重量恒定，則根據物理學公式：摩擦力=摩擦系數×正壓力（正壓力即飛機重力作用在跑道上的壓力），那么此時將得到最大的摩擦力，剎車效率也最高。與開關式剎車方式比較，采用此種剎車方式的飛機用速度傳感器代替慣性傳感器，用壓力伺服閥代替防滑電磁閥，在有剎車裝置的機輪（即每個主起落架機輪）和無剎車裝置的機輪（通常為前起落架機輪）均安裝一個速度傳感器，在防滑控制器中，主起落架機輪速度信號處理后得到剎車機輪速度，前起落架機輪速度信號處理后得到飛機速度，計算后若實際滑移率超過設定滑移率則防滑控制器發出指令給壓力伺服閥，釋放掉部分剎車壓力，此時剎車機輪又加速轉動使滑移率小于設定值，壓力伺服閥無控制指令直接輸出飛行員給定剎車壓力，直到實際滑移率又超過設定滑移率，如此反復進行防滑控制。波音707、A300、幻影2000等飛機采用此種防滑剎車系統。

為了提高可靠性，參考速率-速度差式防滑剎車系統省去了不剎車機輪上的速度傳感器，在防滑控制器電路中設有接受機輪瞬時速度的記憶單元即參考速度單元，所記憶的速度按設定規律衰減，同時與機輪當前速度比較，當速度差超過設定值時防滑控制器輸出與速度差大小成正比的釋壓信號給壓力伺服閥，壓力伺服閥降低剎車壓力，剎車機輪又加速轉動直到速度差再次超過設定值。波音737、波音747、波音757、波音767、F-16、A-7D、殲7E、殲8Ⅲ、強5M等飛機采用此種防滑剎車。

隨著科學技術的發展，自動剎車技術應運而生，在飛機著陸時，飛行員只需根據跑道情況從“高”、“中”、“低”檔位中選擇需要的檔位，則剎車系統自動進行高壓力、中壓力、低壓力防滑剎車，飛行員不再踩剎車腳蹬控制剎車壓力，這樣飛機降落時一方面可以減輕飛行員的工作負擔，另一方面自動剎車非常平穩，提高了乘員的舒適性。自動剎車已應用在波音757、波音767飛機上。

3 結論

近年來，系統集成化發展迅速，有一種“先進剎車控制系統”正在發展中，它集前輪轉彎系統、方向舵操縱系統、剎車系統于一體，可望解決飛機在大側風和光滑跑道（如跑道上有水或雪）上的操縱問題。

參考文獻

[1]何永樂.飛機剎車系統設計[M].西北工業大學出版社.

[2]飛機設計手冊第14冊起飛著陸系統設計[M].航空工業出

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