飛機剎車性能持續(xù)改進

■ Paul Seidenman, David Spanovich

在新一代飛機追求更好的可持續(xù)性和更富有成本效益的同時，體現(xiàn)在飛機剎車系統(tǒng)上，就是要求剎車系統(tǒng)變得越來越環(huán)保，越來越清潔，同時在翼壽命越來越長。

據(jù)霍尼韋爾公司介紹，在下一代飛機上，制造商們正在尋求電動剎車作動控制系統(tǒng)（簡稱“電控剎車”），同時也期望在剎車系統(tǒng)中具有更多環(huán)保性能的部件。除此之外，這個行業(yè)還追求更耐用的產(chǎn)品，以求維護成本最低。

雖然碳和鋼依舊是剎車的首選材料，但新的剎車系統(tǒng)選擇更多的是碳剎車，而不再是鋼剎車。例如，霍尼韋爾正在專注于其碳剎車制造工藝，以制造出壽命更長的碳剎車盤，同時也在集中精力提升當前使用件的壽命，以延長碳剎車盤大修間隔。據(jù)介紹，通過某項專利性的技術，某款剎車的大修間隔提升了20%多。

關于將空客A330ceo飛機上的舊剎車改裝為新型碳剎車的問題，霍尼韋爾正在走最后的審批流程，最終的目的是使A330ceo和A330neo都能使用碳剎車。據(jù)霍尼韋爾介紹，碳剎車使用了其最新一代碳復合摩擦材料，以及先進的集成設計理念和專利的防氧化涂層，產(chǎn)品優(yōu)勢在于具備更高的耐用性，更好的剎車性能，同時減輕重量，降低花費。

再者霍尼韋爾公司還在研發(fā)電控剎車，即不使用液壓系統(tǒng)仍可獲得更長的壽命。霍尼韋爾公司表示，雖然現(xiàn)在對于電控剎車還不能提出一個明確的時間節(jié)點，但是他們已經(jīng)為適用于任何新設計飛機的電控剎車做好了準備，而且還在利用航空專業(yè)知識開發(fā)更具數(shù)據(jù)連接特性的剎車系統(tǒng)。

盡管更新、更輕的材料更易于導致零部件壽命變短，但由此帶來的燃油費用節(jié)省足以超過此材料的翻修成本。

柯林斯宇航公司認為，降低運行成本依舊是剎車OEM廠家的主要目標。例如通過增加在位件（landings）著陸數(shù)目，以及讓剎車系統(tǒng)在維修時更容易維護。此外提高可靠性是降低成本的另一個驅(qū)動因素，尤其當運營商機隊比較大且多樣化時，可靠性尤為重要。再有柯林斯非常關注的一個重點領域是“可持續(xù)性”，即生產(chǎn)可循環(huán)利用、能效更高的、電動的產(chǎn)品。

事實上近年來，為了使起落架能夠承受越來越重的負載，行業(yè)開始探索更耐用和更輕的結(jié)構。因為負載越高，著陸時聚集的能量就越大，這就需要材料具備更好地散熱性能和耐高溫性能。

柯林斯宇航公司認為未來機輪和剎車材料的發(fā)展趨勢之一是在提升耐用性的同時減輕系統(tǒng)的重量。柯林斯看好復合材料的巨大潛力，尤其是熱塑性復合材料在起落架結(jié)構上的應用。

柯林斯宇航公司認為，更好的碳復合材料成分及加工工藝是提高剎車盤的熱容量和壽命的關鍵，當然可用于機輪和其他的剎車結(jié)構的輕型合金也正在研發(fā)。

空客A220飛機上由Meggitt公司制造的主機輪、前輪和剎車均采用了高強度合金材料。

盡管飛機機輪正在變得越來越精簡，但新材料及其優(yōu)良的結(jié)構仍可保證其具備合格的可靠性。

總的來說，柯林斯宇航開發(fā)機輪和剎車的宗旨是通過提升和優(yōu)化設計提高耐用性，同時減輕重量，減少不環(huán)保材料以及防腐材料和涂層的使用。例如，剎車組件上的扭力盤材料從鋼變成鈦，目的是減輕重量，同時提升防腐性能；再如在機輪設計上引入自鎖封圈，通過避免使用螺栓來提高可維護性。

柯林斯宇航公司認為，在過去的數(shù)十年中，與鋼剎車相比，碳剎車的應用增長迅速，主要的原因是能夠大幅減輕重量。以柯林斯宇航的Duracard碳剎車摩擦材料為例，將其用于一架窄體機的剎車，其重量會降低多達200磅（約90千克），與其他碳剎車材料相比約提升35%的剎車壽命。

此外，材料化學家也在持續(xù)革新散熱材料，以保證其在更高的運行溫度和更嚴酷的運行環(huán)境中能夠正常使用。這類材料系統(tǒng)被應用于碳材料的生產(chǎn)過程中，被稱為氧化保護系統(tǒng)，簡稱OPS涂層。

Meggitt公司表示，新的輕型合金正在被逐步用于剎車的主要結(jié)構部件，如剎車套和輪轂，同時材料和涂層的改進也有助于減少碳排放。

例如，更新更大的飛機一般會使用更多的散熱材料達到減重的目的，同時在碳剎車的散熱材料上涂以改良的抗氧化涂層，以提高碳剎車的耐高溫和耐催化劑的性能。如果考慮到二次翻修時單個剎車碳盤的再利用問題，這就對剎車盤的設計工藝提出了更多的要求。

Meggitt公司也認為，實際上碳剎車散熱材料的開發(fā)通常也會為剎車和機輪的重量效率提升帶來很大的影響。同時，優(yōu)化機輪和剎車的所有部件，使用最新的技術分析，也有助于開發(fā)更輕量化、性能更優(yōu)的產(chǎn)品。例如，近年來隨著分析和仿真技術越來越強大，越來越多的仿真技術被應用于機輪和剎車部件的優(yōu)化設計，以實現(xiàn)減重更多、更耐用。目前主要使用在主輪和剎車上，這也是當前公認的最有可能減重降本之處。

World Aero 公司認為，機輪和剎車部件的減重無疑是其優(yōu)化的一個重要趨勢。過去機輪十分笨重，現(xiàn)在人們正試圖通過新材料和更強大的結(jié)構設計使它們變得既精致小巧又性能可靠。

然而，事實上這種情況在于權衡。不可否認新的更輕的部件可能造成部件壽命更短，但是剎車性能的提升和燃油成本的節(jié)約帶來的效益會超過其在翻修過程中潛在的廢品率所造成的額外成本。

以無螺栓機輪為例，目前主要應用于公務機，它屬于革命性的改進。由于部件更少，所以減重更多，也更易于檢查，但目前除了C-130飛機，無螺栓機輪還尚未應用于其他大型飛機的部件。

再如電控剎車，與液壓系統(tǒng)相比，液壓剎車如果出現(xiàn)液體泄漏，整個機輪剎車組件就必須被從飛機上拆下，剎車需要送到服務廠進行診斷和維修。液壓剎車和機輪組件的拆裝通常需要花費大概3～4小時，而且剎車送修過程還影響剎車系統(tǒng)的使用。相反，如果電控作動剎車出現(xiàn)問題，航線維護人員只需花費不到1小時的時間就能進行單個剎車作動控制單元的拆換。

即時電控剎車與與液壓剎車相比有很多優(yōu)點，但直到今天電控剎車也只在波音787飛機和空客220上取得了商業(yè)應用，多數(shù)供應商對其持謹慎態(tài)度。不少業(yè)內(nèi)人士認為電控剎車屬于未來技術，未來有望進一步獲得更廣泛的應用。相信隨著大家對電控剎車好處的進一步認識和掌握，思想會有所轉(zhuǎn)變。

從近期來看，剎車系統(tǒng)的研發(fā)重點仍將是改進碳剎車的性能，尤其是通過加強抗氧化性來提升在翼壽命，降低機隊的維護成本。因為氧化是碳剎車的頭號敵人，盡管現(xiàn)在已經(jīng)在抗氧化方面取得了許多進展。