飞机刹车性能持续改进

■ Paul Seidenman, David Spanovich

在新一代飞机追求更好的可持续性和更富有成本效益的同时，体现在飞机刹车系统上，就是要求刹车系统变得越来越环保，越来越清洁，同时在翼寿命越来越长。

据霍尼韦尔公司介绍，在下一代飞机上，制造商们正在寻求电动刹车作动控制系统（简称“电控刹车”），同时也期望在刹车系统中具有更多环保性能的部件。除此之外，这个行业还追求更耐用的产品，以求维护成本最低。

虽然碳和钢依旧是刹车的首选材料，但新的刹车系统选择更多的是碳刹车，而不再是钢刹车。例如，霍尼韦尔正在专注于其碳刹车制造工艺，以制造出寿命更长的碳刹车盘，同时也在集中精力提升当前使用件的寿命，以延长碳刹车盘大修间隔。据介绍，通过某项专利性的技术，某款刹车的大修间隔提升了20%多。

关于将空客A330ceo飞机上的旧刹车改装为新型碳刹车的问题，霍尼韦尔正在走最后的审批流程，最终的目的是使A330ceo和A330neo都能使用碳刹车。据霍尼韦尔介绍，碳刹车使用了其最新一代碳复合摩擦材料，以及先进的集成设计理念和专利的防氧化涂层，产品优势在于具备更高的耐用性，更好的刹车性能，同时减轻重量，降低花费。

再者霍尼韦尔公司还在研发电控刹车，即不使用液压系统仍可获得更长的寿命。霍尼韦尔公司表示，虽然现在对于电控刹车还不能提出一个明确的时间节点，但是他们已经为适用于任何新设计飞机的电控刹车做好了准备，而且还在利用航空专业知识开发更具数据连接特性的刹车系统。

尽管更新、更轻的材料更易于导致零部件寿命变短，但由此带来的燃油费用节省足以超过此材料的翻修成本。

柯林斯宇航公司认为，降低运行成本依旧是刹车OEM厂家的主要目标。例如通过增加在位件（landings）着陆数目，以及让刹车系统在维修时更容易维护。此外提高可靠性是降低成本的另一个驱动因素，尤其当运营商机队比较大且多样化时，可靠性尤为重要。再有柯林斯非常关注的一个重点领域是“可持续性”，即生产可循环利用、能效更高的、电动的产品。

事实上近年来，为了使起落架能够承受越来越重的负载，行业开始探索更耐用和更轻的结构。因为负载越高，着陆时聚集的能量就越大，这就需要材料具备更好地散热性能和耐高温性能。

柯林斯宇航公司认为未来机轮和刹车材料的发展趋势之一是在提升耐用性的同时减轻系统的重量。柯林斯看好复合材料的巨大潜力，尤其是热塑性复合材料在起落架结构上的应用。

柯林斯宇航公司认为，更好的碳复合材料成分及加工工艺是提高刹车盘的热容量和寿命的关键，当然可用于机轮和其他的刹车结构的轻型合金也正在研发。

空客A220飞机上由Meggitt公司制造的主机轮、前轮和刹车均采用了高强度合金材料。

尽管飞机机轮正在变得越来越精简，但新材料及其优良的结构仍可保证其具备合格的可靠性。

总的来说，柯林斯宇航开发机轮和刹车的宗旨是通过提升和优化设计提高耐用性，同时减轻重量，减少不环保材料以及防腐材料和涂层的使用。例如，刹车组件上的扭力盘材料从钢变成钛，目的是减轻重量，同时提升防腐性能；再如在机轮设计上引入自锁封圈，通过避免使用螺栓来提高可维护性。

柯林斯宇航公司认为，在过去的数十年中，与钢刹车相比，碳刹车的应用增长迅速，主要的原因是能够大幅减轻重量。以柯林斯宇航的Duracard碳刹车摩擦材料为例，将其用于一架窄体机的刹车，其重量会降低多达200磅（约90千克），与其他碳刹车材料相比约提升35%的刹车寿命。

此外，材料化学家也在持续革新散热材料，以保证其在更高的运行温度和更严酷的运行环境中能够正常使用。这类材料系统被应用于碳材料的生产过程中，被称为氧化保护系统，简称OPS涂层。

Meggitt公司表示，新的轻型合金正在被逐步用于刹车的主要结构部件，如刹车套和轮毂，同时材料和涂层的改进也有助于减少碳排放。

例如，更新更大的飞机一般会使用更多的散热材料达到减重的目的，同时在碳刹车的散热材料上涂以改良的抗氧化涂层，以提高碳刹车的耐高温和耐催化剂的性能。如果考虑到二次翻修时单个刹车碳盘的再利用问题，这就对刹车盘的设计工艺提出了更多的要求。

Meggitt公司也认为，实际上碳刹车散热材料的开发通常也会为刹车和机轮的重量效率提升带来很大的影响。同时，优化机轮和刹车的所有部件，使用最新的技术分析，也有助于开发更轻量化、性能更优的产品。例如，近年来随着分析和仿真技术越来越强大，越来越多的仿真技术被应用于机轮和刹车部件的优化设计，以实现减重更多、更耐用。目前主要使用在主轮和刹车上，这也是当前公认的最有可能减重降本之处。

World Aero 公司认为，机轮和刹车部件的减重无疑是其优化的一个重要趋势。过去机轮十分笨重，现在人们正试图通过新材料和更强大的结构设计使它们变得既精致小巧又性能可靠。

然而，事实上这种情况在于权衡。不可否认新的更轻的部件可能造成部件寿命更短，但是刹车性能的提升和燃油成本的节约带来的效益会超过其在翻修过程中潜在的废品率所造成的额外成本。

以无螺栓机轮为例，目前主要应用于公务机，它属于革命性的改进。由于部件更少，所以减重更多，也更易于检查，但目前除了C-130飞机，无螺栓机轮还尚未应用于其他大型飞机的部件。

再如电控刹车，与液压系统相比，液压刹车如果出现液体泄漏，整个机轮刹车组件就必须被从飞机上拆下，刹车需要送到服务厂进行诊断和维修。液压刹车和机轮组件的拆装通常需要花费大概3～4小时，而且刹车送修过程还影响刹车系统的使用。相反，如果电控作动刹车出现问题，航线维护人员只需花费不到1小时的时间就能进行单个刹车作动控制单元的拆换。

即时电控刹车与与液压刹车相比有很多优点，但直到今天电控刹车也只在波音787飞机和空客220上取得了商业应用，多数供应商对其持谨慎态度。不少业内人士认为电控刹车属于未来技术，未来有望进一步获得更广泛的应用。相信随着大家对电控刹车好处的进一步认识和掌握，思想会有所转变。

从近期来看，刹车系统的研发重点仍将是改进碳刹车的性能，尤其是通过加强抗氧化性来提升在翼寿命，降低机队的维护成本。因为氧化是碳刹车的头号敌人，尽管现在已经在抗氧化方面取得了许多进展。