綠色環(huán)保新技術(shù)助力起落架可持續(xù)發(fā)展

■ Paul Seidenman ＆ David Spanovich

由于更多地使用更輕的材料和更環(huán)保的防腐蝕技術(shù)，起落架正在變得越來越綠色環(huán)保。之前，起落架通常使用高強(qiáng)度鋼、低強(qiáng)度鋼、不銹鋼、鋁和鈦的材料組合，但現(xiàn)在隨著越來越多地使用鈦材料，起落架變得越來越耐用，維護(hù)周期變得越來越長(zhǎng)，整個(gè)部件的使用壽命也得以延長(zhǎng)。

起落架技術(shù)公司（Landing Gear Technologies）認(rèn)為，腐蝕和氫脆是起落架大修中極易出現(xiàn)的問題。在大修過程中，高強(qiáng)度鋼、低強(qiáng)度鋼和鋁部件特別容易出現(xiàn)因腐蝕和氫氣感應(yīng)而受到損壞的情況，而波音787 系列飛機(jī)起落架上使用的超聲速火焰噴涂（HVOF）技術(shù)能夠明顯減少大修過程中的氫氣感應(yīng)。事實(shí)上，一些知名航空公司和波音公司目前正在將這一工藝引入到最初沒有使用HVOF 的其他飛機(jī)起落架上。盡管使用六價(jià)鉻和氨基磺酸鎳也能起到相同的效果，但顯然HVOF 對(duì)環(huán)境保護(hù)更為友好。站在起落架維修以外的角度來看，HVOF 作為替代品，淘汰六價(jià)鉻和氨基磺酸鎳是必然的，雖然對(duì)MRO 方面來說可能還需要幾年的時(shí)間，但是從現(xiàn)在開始就需要做好準(zhǔn)備。

在過去25 年中某些潤(rùn)滑劑和緩蝕化合物的出現(xiàn)，大大改善了起落架兩次大修之間的腐蝕問題。即使起落架經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)10 年時(shí)間的來自不同溫度、壓力、水、雪、鹽和除冰液的影響以及自上次大修以來產(chǎn)生的5000 ～20000 次的飛行循環(huán)，但當(dāng)其鎖定機(jī)制被解除時(shí)，緊固螺母仍然能夠毫不費(fèi)力地被取下，而且很少有腐蝕。如此順利的情況在20世紀(jì)80 年代中期是難以想象的，那時(shí)維修企業(yè)在檢修商用飛機(jī)起落架時(shí)，由于腐蝕量大，拆卸螺母的過程往往會(huì)對(duì)配合的部件和螺紋造成不必要的損傷。

同時(shí)，起落架OEM 在材料選擇方面持續(xù)推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。德國(guó)利勃海爾公司表示，在原材料方面，高強(qiáng)度、耐腐蝕鋼的性能已經(jīng)有了很大的改進(jìn)，這類材料現(xiàn)在的強(qiáng)度特性幾乎與之前用于起落架結(jié)構(gòu)的非耐腐蝕高強(qiáng)度鋼相同。而且由于該新材料不容易被腐蝕，這將使得大修變得更加容易，而且有可能延長(zhǎng)大修間隔的飛行循環(huán)數(shù)，同時(shí)在不需要防腐保護(hù)的情況下，該新材料顯示出對(duì)外來物損傷更大的抵抗力。

利勃海爾將繼續(xù)應(yīng)用新的制造工藝，以取代那些將被歐洲REACH 和即將出臺(tái)的Green Deal 法規(guī)限制的工藝。Green Deal 描述了一系列立法建議和監(jiān)管改革，以實(shí)現(xiàn)歐洲在2050 年前將碳排放減少到零的目標(biāo)。對(duì)于可持續(xù)性發(fā)展和環(huán)境保護(hù)來說，去除制造過程中每一個(gè)多余的步驟都具有積極意義，例如有了高強(qiáng)度耐腐蝕鋼，就不需要利用電化學(xué)表面處理方法對(duì)材料實(shí)施防腐蝕保護(hù)，這樣在利用新材料生產(chǎn)起落架結(jié)構(gòu)部件的過程中，以往相對(duì)關(guān)鍵的表面處理環(huán)節(jié)就可以被省略掉。

此外，利勃海爾也在關(guān)注復(fù)合材料在起落架結(jié)構(gòu)件制造方面的應(yīng)用可能。由于目前這類材料似乎沒有顯示出比現(xiàn)代金屬部件更多的優(yōu)勢(shì)。所以利勃海爾認(rèn)為，如果復(fù)合材料被應(yīng)用，它們最有可能被率先應(yīng)用在支柱和支撐上。因?yàn)檫@兩類部件是屬于沒有主要功能表面的簡(jiǎn)單部件。與其他起落架部件相比，它們也能更好地被起落架艙門所遮擋，避免受到外來物損傷。

起落架制造商正在將復(fù)合材料和高強(qiáng)度鈦材料引入起落架部件的生產(chǎn)中。

起落架技術(shù)公司開始在越來越多機(jī)型的起落架維修中使用增強(qiáng)的腐蝕控制技術(shù)。

對(duì)于利勃海爾的客戶來說，他們最關(guān)心的是起落架結(jié)構(gòu)在經(jīng)過更新變化后的面市時(shí)間，特別是對(duì)于那些在生命周期中被改作貨機(jī)或改變了最大起飛重量的飛機(jī)。事實(shí)上由于載荷和疲勞譜的變化，起落架每次起降后都會(huì)發(fā)生一些變化，因此需要一種快速的方法來確認(rèn)現(xiàn)有起落架在發(fā)生這些變化后仍然具備適航性。在過去的幾年里，利勃海爾已經(jīng)成功地將“仿真驗(yàn)證”方法應(yīng)用于起落架結(jié)構(gòu)并被局方所接受，這一方法的特點(diǎn)在于應(yīng)用了高保真模型和仿真計(jì)算，不需要進(jìn)行耗時(shí)費(fèi)力的密集性測(cè)試，即可為客戶提供最快的起落架改良實(shí)現(xiàn)方案。

柯林斯宇航公司認(rèn)為，事實(shí)上起落架越來越大的負(fù)載管理需求一直在推動(dòng)著起落架結(jié)構(gòu)件向更耐用和更輕型發(fā)展。柯林斯宇航在非結(jié)構(gòu)性起落架部件中已經(jīng)引入了復(fù)合材料和高強(qiáng)度鈦材料，并且正在開發(fā)用于結(jié)構(gòu)性部件的復(fù)合材料。與鋼材料相比，這兩種類型的材料都能大幅減輕起落架重量，降低生產(chǎn)能耗，從而減少生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境的影響。

柯林斯宇航公司一直在投資短纖維復(fù)合材料和熱塑性原位復(fù)合材料，以更好地了解所生產(chǎn)部件的結(jié)構(gòu)完整性和材料特性。通過和客戶合作開發(fā)以取證為目的的材料應(yīng)用，預(yù)計(jì)在不久的將來就能將應(yīng)用這類新材料的部件應(yīng)用于飛機(jī)平臺(tái)。隨著復(fù)合材料在起落架非結(jié)構(gòu)性部件（如支架）上的使用完全得到驗(yàn)證，柯林斯已經(jīng)將其研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到起落架中與主要結(jié)構(gòu)（如推桿、支柱、活塞和制動(dòng)桿）相關(guān)的重量敏感件上。

熱塑性復(fù)合材料使研制重量更輕、更耐用的起落架成為可能，其應(yīng)用范圍非常廣泛，包括支線飛機(jī)、公務(wù)機(jī)、單通道飛機(jī)和大型雙通道飛機(jī)等。然而，其最理想的應(yīng)用似乎是在寬體飛機(jī)上，因?yàn)槠淦鹇浼芙Y(jié)構(gòu)在整個(gè)飛機(jī)重量中占有較大的比重?？铝炙构绢A(yù)測(cè)復(fù)合材料部件和傳統(tǒng)材料部件相比具有更好的抗破壞性。而對(duì)于復(fù)合材料部件的結(jié)構(gòu)壽命和損傷容限，研究人員正在進(jìn)行大量的測(cè)試和研發(fā)。

然而，對(duì)于重量較輕的結(jié)構(gòu)部件，高強(qiáng)度鈦合金無疑是短期內(nèi)最富應(yīng)用前景的材料?？铝炙挂呀?jīng)證明該材料在非結(jié)構(gòu)性部件上的增材制造，且能夠?qū)崿F(xiàn)更有機(jī)和可生產(chǎn)的設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)不但保證了良好的聲學(xué)噪聲和空氣動(dòng)力學(xué)特性，同時(shí)能夠減少零件的數(shù)量和采購(gòu)周期。顯然，使用復(fù)合材料和高強(qiáng)度鈦有助于起落架實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的發(fā)展。首先，熱塑性復(fù)合材料具有高度的可回收性、可重復(fù)使用性和耐久性，這意味著其使用時(shí)間更長(zhǎng)，浪費(fèi)更少。其次，使用高強(qiáng)度的鈦和復(fù)合材料，能夠大大降低能源消耗。更重要的是，使用這兩種材料無需實(shí)施腐蝕保護(hù)，生產(chǎn)過程消除了對(duì)環(huán)保限制相關(guān)材料的使用和處理要求。

吉?jiǎng)P恩?？斯揪劢褂陂_發(fā)碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料（CFRP）的起落架部件，以減輕起落架重量。其材料及工藝專家表示，如果負(fù)載路徑能夠被明確定義或者能證明受剛度分布的影響，纖維增強(qiáng)材料可以展現(xiàn)出極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。起落架上軸向負(fù)載的支柱和支撐就是一個(gè)不錯(cuò)的應(yīng)用試點(diǎn)，因?yàn)榕c金屬材料件相比，它們具有最大的減重潛力。而對(duì)于更復(fù)雜的負(fù)載部件，如拖曳臂或主配件，使用纖維增強(qiáng)材料減重的效果將沒有那么明顯，但從環(huán)境和壽命成本的角度來看卻極具吸引力。因?yàn)閺?fù)合材料固有的耐腐蝕性，無需使用金屬部件上必備的表面保護(hù)涂層，能夠大大減少危險(xiǎn)化學(xué)品的使用，降低生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境和生態(tài)的危害。CFRP 部件的另一個(gè)特點(diǎn)在于，當(dāng)其與其他耐腐蝕配件或接口配合使用時(shí)，需要進(jìn)行檢查，但幾乎不用實(shí)施定期維護(hù)。

此外，適用于金屬起落架部件的壽命限制，在使用復(fù)合材料后可能將完全消除，并且復(fù)合材料起落架部件的優(yōu)勢(shì)是其制造周期短，通常只需要幾周，而不會(huì)像金屬鍛造部件那樣需要幾個(gè)月，這樣就能最大限度地減少航空公司的備件數(shù)量。