綠色環保新技術助力起落架可持續發展

■ Paul Seidenman ＆ David Spanovich

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

起落架技術公司（Landing Gear Technologies）認為，腐蝕和氫脆是起落架大修中極易出現的問題。在大修過程中，高強度鋼、低強度鋼和鋁部件特別容易出現因腐蝕和氫氣感應而受到損壞的情況，而波音787 系列飛機起落架上使用的超聲速火焰噴涂（HVOF）技術能夠明顯減少大修過程中的氫氣感應。事實上，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 的其他飛機起落架上。盡管使用六價鉻和氨基磺酸鎳也能起到相同的效果，但顯然HVOF 對環境保護更為友好。站在起落架維修以外的角度來看，HVOF 作為替代品，淘汰六價鉻和氨基磺酸鎳是必然的，雖然對MRO 方面來說可能還需要幾年的時間，但是從現在開始就需要做好準備。

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

同時，起落架OEM 在材料選擇方面持續推動技術的發展。德國利勃海爾公司表示，在原材料方面，高強度、耐腐蝕鋼的性能已經有了很大的改進，這類材料現在的強度特性幾乎與之前用于起落架結構的非耐腐蝕高強度鋼相同。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，而且有可能延長大修間隔的飛行循環數，同時在不需要防腐保護的情況下，該新材料顯示出對外來物損傷更大的抵抗力。

利勃海爾將繼續應用新的制造工藝，以取代那些將被歐洲REACH 和即將出臺的Green Deal 法規限制的工藝。Green Deal 描述了一系列立法建議和監管改革，以實現歐洲在2050 年前將碳排放減少到零的目標。對于可持續性發展和環境保護來說，去除制造過程中每一個多余的步驟都具有積極意義，例如有了高強度耐腐蝕鋼，就不需要利用電化學表面處理方法對材料實施防腐蝕保護，這樣在利用新材料生產起落架結構部件的過程中，以往相對關鍵的表面處理環節就可以被省略掉。

此外，利勃海爾也在關注復合材料在起落架結構件制造方面的應用可能。由于目前這類材料似乎沒有顯示出比現代金屬部件更多的優勢。所以利勃海爾認為，如果復合材料被應用，它們最有可能被率先應用在支柱和支撐上。因為這兩類部件是屬于沒有主要功能表面的簡單部件。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合材料和高強度鈦材料引入起落架部件的生產中。

起落架技術公司開始在越來越多機型的起落架維修中使用增強的腐蝕控制技術。

對于利勃海爾的客戶來說，他們最關心的是起落架結構在經過更新變化后的面市時間，特別是對于那些在生命周期中被改作貨機或改變了最大起飛重量的飛機。事實上由于載荷和疲勞譜的變化，起落架每次起降后都會發生一些變化，因此需要一種快速的方法來確認現有起落架在發生這些變化后仍然具備適航性。在過去的幾年里，利勃海爾已經成功地將“仿真驗證”方法應用于起落架結構并被局方所接受，這一方法的特點在于應用了高保真模型和仿真計算，不需要進行耗時費力的密集性測試，即可為客戶提供最快的起落架改良實現方案。

柯林斯宇航公司認為，事實上起落架越來越大的負載管理需求一直在推動著起落架結構件向更耐用和更輕型發展。柯林斯宇航在非結構性起落架部件中已經引入了復合材料和高強度鈦材料，并且正在開發用于結構性部件的復合材料。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，降低生產能耗，從而減少生產運營對環境的影響。

柯林斯宇航公司一直在投資短纖維復合材料和熱塑性原位復合材料，以更好地了解所生產部件的結構完整性和材料特性。通過和客戶合作開發以取證為目的的材料應用，預計在不久的將來就能將應用這類新材料的部件應用于飛機平臺。隨著復合材料在起落架非結構性部件（如支架）上的使用完全得到驗證，柯林斯已經將其研究重點轉移到起落架中與主要結構（如推桿、支柱、活塞和制動桿）相關的重量敏感件上。

熱塑性復合材料使研制重量更輕、更耐用的起落架成為可能，其應用范圍非常廣泛，包括支線飛機、公務機、單通道飛機和大型雙通道飛機等。然而，其最理想的應用似乎是在寬體飛機上，因為其起落架結構在整個飛機重量中占有較大的比重。柯林斯公司預測復合材料部件和傳統材料部件相比具有更好的抗破壞性。而對于復合材料部件的結構壽命和損傷容限，研究人員正在進行大量的測試和研發。

然而，對于重量較輕的結構部件，高強度鈦合金無疑是短期內最富應用前景的材料。柯林斯已經證明該材料在非結構性部件上的增材制造，且能夠實現更有機和可生產的設計，這些設計不但保證了良好的聲學噪聲和空氣動力學特性，同時能夠減少零件的數量和采購周期。顯然，使用復合材料和高強度鈦有助于起落架實現可持續性的發展。首先，熱塑性復合材料具有高度的可回收性、可重復使用性和耐久性，這意味著其使用時間更長，浪費更少。其次，使用高強度的鈦和復合材料，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施腐蝕保護，生產過程消除了對環保限制相關材料的使用和處理要求。

吉凱恩福克公司聚焦于開發碳纖維增強型復合材料（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，纖維增強材料可以展現出極大的應用優勢。起落架上軸向負載的支柱和支撐就是一個不錯的應用試點，因為與金屬材料件相比，它們具有最大的減重潛力。而對于更復雜的負載部件，如拖曳臂或主配件，使用纖維增強材料減重的效果將沒有那么明顯，但從環境和壽命成本的角度來看卻極具吸引力。因為復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涂層，能夠大大減少危險化學品的使用，降低生產過程對環境和生態的危害。CFRP 部件的另一個特點在于，當其與其他耐腐蝕配件或接口配合使用時，需要進行檢查，但幾乎不用實施定期維護。

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