運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)技術(shù)研究

張文星 劉苗鑫

摘? 要：文章以停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)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(yàn)過(guò)程中機(jī)輪滾動(dòng)的可能性，給出了運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)思路，并以某型客機(jī)停機(jī)剎車(chē)適航審定試驗(yàn)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(yàn)，對(duì)相關(guān)型號(hào)的審定試飛具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：剎車(chē)系統(tǒng)試飛;停機(jī)剎車(chē);風(fēng)險(xiǎn)管控

中圖分類(lèi)號(hào)：V227.7? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(guó)民用航空規(guī)章（第25部）》的要求，停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)是剎車(chē)系統(tǒng)必須進(jìn)行的適航審定的試驗(yàn)內(nèi)容，需要驗(yàn)證飛機(jī)在最大起飛重量，重心后限條件下，關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)處于起飛推力，其余發(fā)動(dòng)機(jī)處于慢車(chē)推力時(shí)，施加停機(jī)剎車(chē)后30s，起落架機(jī)輪沒(méi)有滾動(dòng)現(xiàn)象且相關(guān)告警正確[1，2]。通常飛機(jī)在停機(jī)坪時(shí)使用停機(jī)剎車(chē)，并且飛機(jī)很可能要在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)車(chē)條件下停放較長(zhǎng)時(shí)間，因此，停機(jī)剎車(chē)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(jī)剎車(chē)使用的壓力過(guò)大，很可能導(dǎo)致蓄壓器壓力迅速衰減，不能滿足相關(guān)使用要求。大部分停機(jī)剎車(chē)的壓力設(shè)計(jì)值較小，僅僅滿足將飛機(jī)剎停的要求。根據(jù)對(duì)相關(guān)剎車(chē)系統(tǒng)的分析，部分型號(hào)的停機(jī)剎車(chē)的剎車(chē)壓力僅僅為最大剎車(chē)壓力的一半左右。停機(jī)剎車(chē)另一個(gè)經(jīng)常使用的工況是飛機(jī)在起飛線時(shí)，利用停機(jī)剎車(chē)將飛機(jī)剎停。當(dāng)飛行員操縱飛機(jī)起飛時(shí)，很有可能錯(cuò)誤地僅將一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)施加至起飛狀態(tài)，此時(shí)飛機(jī)極有可能由于剎車(chē)能力不足而偏出跑道。由于停機(jī)剎車(chē)提供的剎車(chē)壓力較小，飛機(jī)極有可能沖出或偏出跑道，造成飛行事故。因此，在進(jìn)行停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)時(shí)需對(duì)停機(jī)剎車(chē)提供的摩擦力和抗偏航力矩進(jìn)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(jī)剎車(chē)試驗(yàn)時(shí)，關(guān)鍵動(dòng)機(jī)處于起飛推力，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)處于慢車(chē)推力。以某型客機(jī)停機(jī)剎車(chē)試飛為例，假定在試驗(yàn)條件下飛機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么飛機(jī)在地面停止的力和力矩是平衡的。此時(shí)飛機(jī)的受力分析如圖1所示。

飛機(jī)受到右發(fā)和左發(fā)的推力分別為T(mén)R和TL，受到左右機(jī)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(jī)剎車(chē)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 一般性要求分析

針對(duì)中國(guó)民用航空規(guī)章第25部第735條的要求進(jìn)行分析，可得停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)的條件如下：

（1）飛機(jī)在最大起飛重量，重心后限。由于停機(jī)剎車(chē)考核的主要是機(jī)輪在試驗(yàn)條件下滾動(dòng)的可能性，因此，條款要求在最大起飛重量、重心后限進(jìn)行試驗(yàn)，是因?yàn)榇藭r(shí)機(jī)輪與地面的作用力大，飛機(jī)只要向前滑動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力最大，最有可能帶動(dòng)機(jī)輪滾動(dòng)。

（2）施加停機(jī)剎車(chē)后，關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)處于起飛推力，其余發(fā)動(dòng)機(jī)處于地面慢車(chē)狀態(tài)。此種狀態(tài)是飛機(jī)在起飛前較為有可能的誤操作現(xiàn)象，且一旦飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，極有可能因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的不對(duì)稱力矩而偏出跑道，因此，條款將此工況定為停機(jī)剎車(chē)的試驗(yàn)工況。

（3）試驗(yàn)需在干燥水平跑道上進(jìn)行。干燥的跑道摩擦系數(shù)較大，在機(jī)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(jī)輪滾動(dòng)的最大可能性。

（4）停機(jī)剎車(chē)施加、發(fā)動(dòng)功率設(shè)定后，飛機(jī)應(yīng)該出現(xiàn)相應(yīng)的構(gòu)型告警。構(gòu)型告警是為了提醒飛行員操縱出現(xiàn)錯(cuò)誤，防止飛機(jī)帶著錯(cuò)誤的發(fā)動(dòng)機(jī)功率設(shè)定起飛，造成安全隱患。

根據(jù)對(duì)停機(jī)剎車(chē)的條款要求分析，停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)應(yīng)同時(shí)在以下條件下進(jìn)行：

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

（2）停機(jī)剎車(chē)施加后，發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)的操縱應(yīng)該緩慢進(jìn)行，避免快速推油門(mén)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力突然增加引起飛機(jī)動(dòng)態(tài)低頭，從而損傷前起落架結(jié)構(gòu)。緩慢施加發(fā)動(dòng)機(jī)推力還有助于控制試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。如果在緩慢施加油門(mén)過(guò)程中飛機(jī)有向前移動(dòng)或滾動(dòng)的趨勢(shì)，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，避免出現(xiàn)意外。

（3）由于機(jī)輪輪速傳感器精度一般不足以測(cè)量機(jī)輪輕微轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)，因此，應(yīng)在飛機(jī)關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的安全范圍內(nèi)，設(shè)置攝像機(jī)拍攝機(jī)輪運(yùn)動(dòng)情況。

（4）拍攝機(jī)輪時(shí)應(yīng)在機(jī)輪外側(cè)畫(huà)一條清晰白線，供攝像機(jī)拍攝參考。

（5）地面技術(shù)人員與機(jī)組配備對(duì)講機(jī)，協(xié)同試驗(yàn)和拍攝時(shí)機(jī)。

（6）在滿足試驗(yàn)狀態(tài)后，30s內(nèi)起落架機(jī)輪沒(méi)有滾動(dòng)現(xiàn)象。

2.2 試驗(yàn)程序

停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)是試驗(yàn)準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)組織管理較為復(fù)雜的試驗(yàn)科目。根據(jù)分析，停機(jī)剎車(chē)應(yīng)遵循以下試驗(yàn)程序：

（1）試驗(yàn)前，對(duì)起落架及其附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，確保起落架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完好。

（2）飛機(jī)在向試驗(yàn)點(diǎn)滑行過(guò)程中，利用停機(jī)/應(yīng)急剎車(chē)將飛機(jī)剎停一次，觀察飛機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，確保停機(jī)/應(yīng)急剎車(chē)工作正常。

（3）飛機(jī)停止在跑道上，機(jī)頭正對(duì)跑道中心線，將腳蹬剎車(chē)踩至最大行程，通過(guò)觀察剎車(chē)壓力確認(rèn)正常剎車(chē)系統(tǒng)工作正常。盡管應(yīng)急剎車(chē)試驗(yàn)的液壓源與正常剎車(chē)的液壓源不同，但是為了防止飛機(jī)意外沖出跑道，必須確保正常剎車(chē)系統(tǒng)工作正常。

（4）飛機(jī)停止在試驗(yàn)點(diǎn)后，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，地勤人員對(duì)關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的起落架機(jī)輪進(jìn)行劃線。劃線應(yīng)與地面保持垂直，沿徑向標(biāo)注寬度為50mm的白色徑向條紋，從接地點(diǎn)開(kāi)始，沿輪軸方向向外標(biāo)注長(zhǎng)度為500mm、寬度為50mm的白線。

（5）在地面白線的延長(zhǎng)線上，設(shè)立攝像機(jī)機(jī)位，對(duì)機(jī)輪進(jìn)行拍攝。攝像機(jī)的時(shí)間應(yīng)與機(jī)上時(shí)間協(xié)調(diào)一致。

（6）清理機(jī)輪附近區(qū)域，避免雜物影響試驗(yàn)結(jié)果。

（7）試飛員進(jìn)行施加停機(jī)剎車(chē)、緩慢操縱關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)時(shí)，攝像機(jī)持續(xù)拍攝30s。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖2給出，某型客機(jī)停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)開(kāi)始前（左圖）與終止后（右圖）的拍攝畫(huà)面。根據(jù)拍攝畫(huà)面和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，停機(jī)剎車(chē)施加后發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)桿到預(yù)定位置（左發(fā)慢車(chē)、右發(fā)起飛功率）至發(fā)動(dòng)機(jī)右發(fā)油門(mén)桿收回時(shí)刻間隔58s，飛機(jī)機(jī)輪未出現(xiàn)滾動(dòng)和滑動(dòng)現(xiàn)象，相關(guān)構(gòu)型告警正確，表明停機(jī)剎車(chē)設(shè)計(jì)滿足條款要求。試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)證明，針對(duì)試驗(yàn)的理論計(jì)算中對(duì)偏航力矩的評(píng)估計(jì)算較為可信。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文較為詳細(xì)地介紹了按照《中國(guó)民用航空規(guī)章（第25部）》進(jìn)行停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)的理論分析和試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果證明理論分析和試驗(yàn)設(shè)計(jì)較為合理，可以有效避免試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。本文的試驗(yàn)方法有一定的通用性，可以指導(dǎo)相關(guān)型號(hào)適航取證的停機(jī)剎車(chē)試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)民用航空總局.CCAR-25-R4.中國(guó)民用航空條例第25部運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].中國(guó)民用航空總局，2011.

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