飛機剎車壽命試驗研究

何永樂 田 軍

（空軍駐興平地區(qū)軍事代表室，陜西 興平 713000）

?

飛機剎車壽命試驗研究

何永樂 田 軍

（空軍駐興平地區(qū)軍事代表室，陜西 興平 713000）

[摘要]從有關(guān)標準規(guī)定入手，分析探討飛機剎車盤使用壽命和剎車壽命試驗問題，并給出一些飛機剎車盤使用壽命和剎車壽命試驗實例，提出完善國軍標剎車壽命要求和剎車壽命試驗改進建議。

[關(guān)鍵詞]飛機；航空機輪；剎車盤；剎車壽命； 試驗

[收修訂稿日期] 2015-11-27

剎車壽命試驗是航空機輪鑒定試驗其中的一項，用以考核和評價剎車裝置使用壽命情況。航空機輪產(chǎn)品設(shè)計不僅要滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標，也要滿足技術(shù)使用壽命指標。廣義上，產(chǎn)品的技術(shù)性能包括了使用壽命，但使用壽命著重于可靠性、耐久性或性能的可持續(xù)性，既涉及技術(shù)性，又涉及經(jīng)濟性、管理性、維修性等方面。剎車壽命試驗不僅由于通常試驗周期長，更重要的是由廠內(nèi)臺架試驗結(jié)果得出的評估結(jié)論能否代表外場使用情況，在航空機輪研制發(fā)展歷程中一直受到關(guān)注。隨著設(shè)計使用壽命指標的提高，如何進行剎車壽命試驗又成為一個十分現(xiàn)實和緊迫的問題。本文將從有關(guān)標準規(guī)定入手，分析探討飛機剎車壽命試驗問題。

1　標準綜述

剎車壽命試驗涉及剎車速度、剎車壓力、剎車能量和剎車次數(shù)等試驗條件和要求。HB 5651-1981《航空機輪通用技術(shù)條件》對剎車壽命試驗提出了具體要求。該標準規(guī)定了不同的剎車盤或剎車片的壽命至少應通過的試驗次數(shù)。例如，如果剎車盤（片）壽命指標為100起落，在慣性臺應通過100%壽命次數(shù)即進行100次全數(shù)的剎車試驗；當剎車盤（片）壽命為500起落或更長，在慣性臺應通過40%壽命次數(shù)即進行200次的剎車試驗。試驗采用的剎車速度為產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定的正常著陸剎車速度（VS），剎車能量主要為正常動能，同時，考慮大動能試驗次數(shù)。對于殲擊機、強擊機和轟炸機，正常動能試驗次數(shù)占95%，對于客機和運輸機，正常動能試驗次數(shù)占98%。在正常動能試驗中，剎車壓力采用正常剎車壓力（PS）的75%。在完成規(guī)定次數(shù)的試驗正常動能剎車試驗和大動能剎車試驗后，還要做一次中止起飛（RTO）試驗（剎車壓力采用正常剎車壓力，剎車速度為中止起飛速度）。該標準對剎車壽命試驗后的剎車力矩和剎車片剝落、掉塊等做了規(guī)定。

GJB 1184-1991《航空機輪和剎車裝置通用規(guī)范》發(fā)布后，促進了我國航空機輪研制的發(fā)展，因為它體現(xiàn)了英美西方國家技術(shù)標準的先進性，是新機航空機輪研制的主要標準。GJB 1184對剎車壽命試驗沒有明確提出，但實際上也有規(guī)定。在3.3.7 剎車裝置設(shè)計一節(jié)給出的機輪剎車裝置機場工作壽命譜分析表，就是對剎車壽命試驗提出的要求。在4.3.20 動力矩譜試驗一節(jié)，規(guī)定了試驗件、能量和剎車次數(shù)等要求。要求動力矩譜試驗應在新的剎車裝置上進行；試驗輸入能量的類型與機輪剎車裝置機場工作壽命譜分析表中規(guī)定的相同；飛機重量狀態(tài)按機輪剎車裝置性能要求試驗規(guī)定，并采用相應的能量；試驗程序和剎車次數(shù)須經(jīng)訂貨方認可。機輪剎車裝置機場工作壽命譜分析表列出了4種剎車情況：典型機場著陸，短跑道著陸，超載著陸和RTO，臺架剎車試驗次數(shù)為典型機場著陸100次，短跑道著陸2次，超載著陸5次共107次，最后做RTO 試驗1次。對于這幾種剎車情況，還規(guī)定剎車前后滑行距離和剎車前后滑行中制動次數(shù)（其中一次為最大作用力）?；兴俣炔捎?6 km/h，典型機場著陸和超載著陸在剎車之前和剎車之后各滑行2 290m，短跑道著陸剎車前后各滑行914 m，RTO剎車前滑行914 m。在56 km/h的滑行中，除RTO剎車試驗前制動2次外，其余工況剎車前后各進行2次制動。關(guān)于剎車動能、減速率、剎車速度、飛輪慣量幾項參數(shù)，標準中僅列出項目，卻沒有規(guī)定具體數(shù)值。在注釋中說，所有狀態(tài)是代表飛機預計的平均工作狀態(tài)。表中數(shù)據(jù)應是飛機使用經(jīng)驗所預計的實際平均狀態(tài)。機輪剎車裝置的設(shè)計目標是訂貨方規(guī)定的起落次數(shù)。注釋還說，滑行時的剎車阻力和吸收的能量應與該機型規(guī)定的工作情況相一致。整個滑行過程中，可以使用56 km/h的空氣冷卻。如果飛機系統(tǒng)適用，可規(guī)定在滑行過程中滑行減速剎車。在注釋中還說明了判定合格的標準。

在國外機輪標準中，MIL-W-5013L《航空機輪和剎車裝置通用規(guī)范》對剎車壽命試驗也沒有明確提出，同GJB 1184一樣，在剎車裝置設(shè)計一節(jié)中以一張機輪剎車裝置機場工作壽命譜分析表的形式，規(guī)定了剎車壽命試驗。剎車壽命試驗內(nèi)容和要求與GJB 1184相同。美國機動車協(xié)會（SAE）ARP1493C《軍用飛機機輪和剎車裝置設(shè)計試驗要求》對剎車壽命試驗要求與MIL-W-5013L基本相同，也是在剎車性能要求中以一張機輪剎車裝置機場工作壽命譜表格形式提出。4種剎車情況，共107次剎車，加最后1次RTO，剎車前后附有滑行和滑行剎車要求。ARP1493C規(guī)定的剎車壽命譜試驗，其中的滑行距離要求是美軍標兩倍多。另外，在表的下面有附注：1. 應使用得到的磨損數(shù)據(jù)，為飛機使用中剎車盤的安全拆卸點的計算提供支持。熱庫盤組或摩擦片可采用機械加工的方式達到各自的完全磨損厚度，進行最后12次剎車試驗。2. 磨損剎車RTO試驗，用于確定磨損剎車容量和剎車距離，驗證在合理條件下剎車裝置完成一次中止任務剎車（通常叫中止起飛RTO）的能力。3. 超載著陸是最大能量著陸。

ARP597《民用運輸機機輪剎車裝置耐久性設(shè)計補充標準》對剎車壽命試驗做了比較詳細的規(guī)定。該標準認為，在評估碳剎車壽命時，滑行中的剎車和點剎車的次數(shù)是特別重要的；而鋼剎車的剎車能量對剎車壽命起著重要作用。因此，剎車壽命試驗譜要體現(xiàn)影響壽命的重要參數(shù)。ARP597推薦了鋼剎車和碳剎車壽命譜。在不同的剎車能量、減速率和等效慣量下，鋼剎車共做250次剎車。每次著陸剎車前要進行一系列冷滑行剎車（共10次）和1次起落架收起止轉(zhuǎn)剎車，著陸剎車后要進行一系列熱滑行剎車（共10次）和1次停機剎車。也就是說，一次剎車由冷滑行剎車、止轉(zhuǎn)剎車、著陸剎車、熱滑行剎車及停機剎車組成。碳剎車新狀態(tài)進行200次剎車，70%磨損狀態(tài)進行225次剎車，共425次剎車。每次著陸剎車前后同鋼剎車一樣進行一系列滑行剎車。該標準采用的剎車能量水平中鋼剎車有3種，最高為正常能量的60%，碳剎車有2種，最高為正常能量的50%。

2　分析討論

HB 5651-1981《航空機輪通用技術(shù)條件》和HB 5648-1981《航空機輪和剎車裝置—設(shè)計規(guī)范》是航空機輪研制最早采用的標準。在HB 5648中提出了新研制產(chǎn)品試驗要求，具體的試驗要求和方法應符合HB 5651的規(guī)定。HB 5651對剎車盤片不僅提出壽命指標要求，還提出具體試驗要求。HB 5651規(guī)定的剎車壽命試驗具有簡潔、明確、可行的特點，便于實際操作應用。HB 5651采用的剎車能量為飛機一次設(shè)計著陸正常動能，剎車壓力為0.75 PS，比正常剎車壓力降低1/4，這是標準考慮實際應用情況。另外，加入了幾次大動能剎車，還有中止起飛試驗考核。剎車片壽命要求150、250次起落，對偶盤300、500次起落，試驗次數(shù)在100～200次。剎車盤片使用壽命反映的主要是摩擦材料的耐磨損性，是剎車片厚度磨耗的過程。影響摩擦材料的摩擦磨損性的因素是多種的，而能量是影響磨損率（量）的主要因素。飛機實際運行中，起飛前滑行中免不了剎車或點剎，著陸后剎車也不一定滿壓力（最大剎車壓力）、滿速度（允許開始剎車的最高速度）剎車，對于退出跑道的滑行中也免不了使用剎車或點剎。按照HB 5648規(guī)定，航空機輪剎車能量狀態(tài)有3種設(shè)計狀態(tài)：正常動能，大動能和中止起飛動能。HB 5651把能量作為考核的主要輸入?yún)?shù)，主要采用設(shè)計著陸正常動能進行磨損試驗即剎車壽命試驗，剎車速度不變（最高速度），剎車壓力適當降低（RTO試驗除外），簡化了試驗，又達到嚴格考核目的。一般地，按照HB 5651規(guī)定通過鑒定的剎車壽命實際偏于保守，這對于使用和安全是有利的。為高速殲擊機、殲擊轟炸機研制的粉末冶金剎車片通過廠內(nèi)慣性臺試驗，多年裝機使用表明達到設(shè)計給定的使用壽命指標。HB 5651規(guī)定的剎車壽命試驗是我國航空工業(yè)多年生產(chǎn)、研制經(jīng)驗（特別是前蘇聯(lián)的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗）的總結(jié)，為航空機輪研制、生產(chǎn)發(fā)揮了積極作用。但是，HB 5651規(guī)定的剎車壽命試驗是否適用于碳-碳復合材料剎車盤，沒有進行試驗研究，因為航標制定時間較早，主要是鋼剎車時代。另外，某殲擊機轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)的鐵基粉末冶金剎車片，廠內(nèi)通過了技術(shù)鑒定，外場使用達不到設(shè)計使用壽命，僅使用到規(guī)定壽命的三到五成，出現(xiàn)將對偶鋼盤很快磨損到鉚釘?shù)漠惓，F(xiàn)象。調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，試驗條件沒有涵蓋使用條件，實際使用的低能低速條件廠內(nèi)試驗并未考核，個別材料呈現(xiàn)反常的磨損特性不能被及早發(fā)現(xiàn)。

GJB 1184主要參照美軍標制定，剎車壽命要求和剎車壽命試驗按機輪剎車裝置機場工作壽命譜分析表，不僅有不同的能量狀態(tài)，還規(guī)定滑行距離和滑行剎車要求，比較符合或接近實際飛機剎車運行情況，考慮因素較為全面。試驗次數(shù)不是很多，總共108次，便于調(diào)度實施。但是，GJB 1184沒有明確提出剎車壽命要求指標。通過這108次剎車試驗能證明剎車盤片壽命是多少？標準沒有說明。對一些主要的也是關(guān)鍵的參數(shù)條件：剎車能量、減速率、剎車速度等沒有做具體規(guī)定，直接按此標準無法進行剎車壽命試驗。動力矩譜試驗應該是剎車壽命驗證試驗，但怎樣進行試驗沒有交代清楚，只是說明了試驗件狀態(tài)和試驗能量，并強調(diào)“試驗程序和剎車次數(shù)須經(jīng)訂貨方認可”。這在實際執(zhí)行中往往是個不小的問題，難以有效落實。GJB 1184對剎車壽命試驗按實際使用經(jīng)驗所預計的實際平均狀態(tài)也就是一般情況考核評價比較合理。從能量角度看，主要用典型機場著陸能量試驗，試驗次數(shù)占93%以上，與HB 5651規(guī)定的相當。但一般情況能量是多大？這與機場長度、操作習慣、飛機特性等因素關(guān)系很大。例如，有些飛機通常剎車能量是設(shè)計著陸動能的50%～70%。GJB 1184剎車壽命試驗是開口的，需要使用者研究協(xié)商那些待定參數(shù)。對于短跑道和超載著陸兩種能量，可合并為一種著陸能量狀態(tài)，便于執(zhí)行。

關(guān)于剎車盤片的壽命要求，在上個世紀五、六十年代國外有關(guān)飛機設(shè)計的一般技術(shù)要求中已有提及。例如，規(guī)定戰(zhàn)斗機剎車盤片的使用壽命不得少于125次起落，軍用運輸機和客機不得少于300次，教練機不得少于400次。

因此，在標準中有必要明確提出剎車壽命指標要求。根據(jù)不同的剎車壽命指標，規(guī)定慣性臺或剎車動力試驗臺鑒定試驗應通過的試驗次數(shù)。GJB 1184在剎車設(shè)計中規(guī)定了性能試驗和壽命譜試驗的慣性臺試驗要求，這些試驗應認為是最低的考核要求。通過這108次剎車可以得到剎車盤或摩擦材料的磨損率，由此推算使用壽命。而通過108次剎車試驗考核，可以認為熱庫最低使用壽命為100次起落。

ARP597標準認為，在評估碳剎車壽命時，滑行中的剎車和點剎車的次數(shù)是特別重要的，而鋼剎車的剎車能量對剎車壽命起著重要作用。因此，剎車壽命試驗譜要體現(xiàn)影響壽命的主要參數(shù)。ARP597標準基于民機剎車磨損分析認識，對鋼剎車和碳剎車提出不同剎車次數(shù)的試驗方案。鋼剎車共做250次剎車，碳剎車共做425次剎車。能量水平都不高，鋼剎車3種剎車能量中最高取正常能量的60%，碳剎車2種剎車能量中最高為正常能量的50%；減速率對鋼剎車均采用60%正常能量著陸減速率值（即6 ft/s2），而碳剎車減速率采用3 ft/s2和6 ft/s2兩種數(shù)值，剎車盤狀態(tài)包括新盤和70%磨損狀態(tài)兩種，但都增加一系列滑行剎車，包括止轉(zhuǎn)剎車和停機剎車。這種試驗方案盡量模擬民機剎車的實際使用情況。民機起降不同機場，而且機場交通繁忙擁堵呈上升態(tài)勢，剎車用得多。軍機有自己機場，滑行剎車與民機情況不同，但可考慮是否增加止轉(zhuǎn)剎車和停機剎車。ARP597試驗參數(shù)明確，給出了能量、減速率和等效慣量，便于實施。但該標準也沒有規(guī)定熱庫剎車盤片的壽命指標要求，通過了250次剎車或425次剎車試驗究竟使用壽命是多少不清楚。這應該是鋼剎車和碳剎車的基本使用壽命，即鋼剎車250起落，碳剎車425起落。

影響剎車壽命的因素是多種的。剎車盤（片）摩擦材料的可用厚度決定其使用壽命。摩擦材料特性的不同在相同厚度尺寸下使用壽命也不同。剎車使用壽命是飛機各種使用條件下應達到的設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟指標。產(chǎn)品鑒定試驗考核應采取最嚴酷的條件，試驗結(jié)果體現(xiàn)該產(chǎn)品的基本壽命特征。剎車過程是剎車材料磨耗過程，這又與使用情況密切相關(guān)，如剎車強度（輕重）、剎車次數(shù)，因此，在民航法規(guī)和技術(shù)標準中沒有規(guī)定剎車壽命要求，包括剎車壽命試驗。對剎車使用壽命在產(chǎn)品采購規(guī)范和合同中規(guī)定，主要從經(jīng)濟性、綜合保障性方面提出要求。軍機對剎車壽命有明確要求，并要求盡量與起落架同壽命。鋼剎車摩擦片磨損壽命一般幾百起落，碳-碳復合材料剎車盤壽命則較長，如印度海得拉巴國防實驗室介紹其粉末冶金剎車盤片使用壽命為150、200、250起落，碳剎車盤壽命在700～1 000次起落。有些飛機粉末片如DC10-30飛機正常剎車壽命約1 000起落。理論上，碳剎車材料磨損率比鋼剎車的低一個數(shù)量級，剎車使用壽命在2 000～3 000次起落。美國C-130“大力神”運輸機新上的碳剎車改裝項目，宣稱熱庫壽命為2 000次起落，是現(xiàn)有鋼剎車的8倍。實際上，碳剎車使用壽命分散很大，多數(shù)情況低于設(shè)計目標值。1991年，美國空軍對F-16 40/42批飛機兩家供應商產(chǎn)品執(zhí)行為期2年的現(xiàn)場使用評價，結(jié)果表明： ABSC的碳剎車預期壽命僅250次起落，BFG的為767次起落，均未達到設(shè)計規(guī)范要求“設(shè)計目標1 000個起落”。出口韓國的KF-16飛機（52批）碳剎車，BFG的技術(shù)規(guī)范規(guī)定熱庫使用壽命為700次起落，B767配裝聯(lián)信公司碳剎車，熱庫使用壽命為1 500次起落。MD-90飛機機輪采購規(guī)范要求剎車熱庫使用壽命至少2 000次起落，而美國T-38“禽爪”教練機改裝碳剎車要求使用壽命為750次起落。這說明碳盤使用壽命不足問題，不僅當前國內(nèi)遇到了，國外確實曾遇到過。也說明碳盤壽命指標確定的合理性、可行性。

GJB 1184及MIL-W-5013剎車壽命試驗是普遍要求，而ARP597對鋼剎車和碳剎車提出不同的試驗要求。ARP597的依據(jù)是兩種摩擦材料的顯著不同的磨損特征。碳剎車在低速低能中溫下，磨損率較高，這是鋼剎車通常情況所沒有的。因此，沿用鋼剎車以能量為關(guān)鍵參數(shù)進行剎車壽命試驗將是不合適的。從理論和使用實踐看，剎車壽命試驗應包括各種速度和能量下的試驗，以能考核實際使用壽命來制定試驗方案。GJB 1184、MIL-W-5013及ARP597都使用代表實際操作的能量，并有一定的滑行剎車，這種剎車壽命試驗是比較合理的。標準中沒有明確的試驗條件和參數(shù)，如使用能量、減速率等將由發(fā)包方給出，或由投標商提出經(jīng)采購方確認，具體的剎車壽命試驗將依據(jù)產(chǎn)品采購技術(shù)規(guī)范實施。

3　幾個實例

F-14A 《飛機機輪與碳剎車裝置通用規(guī)范》（MIL-W-85091）在設(shè)計要求（3.3.9.3使用壽命）中對碳熱庫剎車壽命沒有提出指標要求，但在驗證試驗中對剎車壽命試驗做了規(guī)定。在4.3.1.2.9 使用磨損與性能試驗一節(jié)，要求對碳剎車機輪按照給定的剎車壽命譜進行試驗，以驗證碳剎車盤熱庫在使用條件和干、濕態(tài)下的使用磨損壽命和磨損后的使用性能。剎車壽命試驗總計750次剎車。在每次剎車前和剎車后，要進行2英里滑行阻滯（減速）（每英里剎車能量為0.75×106ft-lb）和30節(jié)滑行剎停（能量為4.58×106ft-lb）。慣性臺慣量當量值（IE）=19 850 lb，剎車起始溫度150℉，允許用5 mph冷氣對著輪胎吹風散熱。開始的75次使用著陸動能剎車試驗，每次試驗前要對新熱庫做20次速度從5kn～0的滑行剎停，每次滑行剎停前用4 L海水或等效物噴灑打濕熱庫。另一種方法是，采用對應飛機最大起飛總重的飛輪慣量當量值（IE）34 500 lb，進行減速率為5 ft/s2和3 ft/s2的剎車，記錄剎車壓力和減速率。剎車壓力不超過2 700 psi。20次滑行剎車后，分別以1 000，2 000，2 700 psi的壓力進行濕態(tài)靜力矩測試，每次測試前重新打濕熱庫。

標準還規(guī)定在不同能量和剎車次第，用海水或液壓油澆濕熱庫進行濕態(tài)試驗和熱態(tài)及冷態(tài)靜力矩測試。

該機性能試驗要求有5種剎車試驗情況：狀態(tài)A為正常狀態(tài)，狀態(tài)B為超載狀態(tài)，狀態(tài)C和D分別為熱態(tài)RTO和冷態(tài)RTO，狀態(tài)E為緊急狀態(tài)（緊急變后掠翼剎車）。剎車壽命譜采用4種剎車情況（見表1）：使用著陸，輕使用著陸，正常著陸和RTO。不難算出，使用著陸動能是正常著陸動能的68.3%，其剎車次數(shù)占總次數(shù)的64.5%；輕使用著陸動能是正常著陸動能的55.4%，其剎車次數(shù)占總次數(shù)的26.6%；正常著陸剎車次數(shù)占總次數(shù)的8%。經(jīng)過750次剎車磨損試驗后的剎車裝置，要求按照新剎車盤結(jié)構(gòu)力矩值的80%做結(jié)構(gòu)力矩試驗，試驗結(jié)果不應出現(xiàn)破壞。

表1　F-14A剎車壽命譜

為解決進口戰(zhàn)機耗材備件問題，韓國對F-16“戰(zhàn)隼”飛機碳剎車進行了國產(chǎn)化研制。碳剎車試驗根據(jù)MIL-W-5013和洛克希德通用動力公司的GD16ZL001B產(chǎn)品規(guī)范在慣性臺上進行。F-16性能試驗有3種狀態(tài)：A狀態(tài)為正常設(shè)計著陸，剎車動能5.7×106ft-lb；B狀態(tài)為最大設(shè)計著陸，剎車動能10.5×106ft-lb；C狀態(tài)為RTO，對應動能18.1×106ft-lb。碳熱庫剎車壽命試驗能量主要采用正常設(shè)計著陸動能（見表2），試驗總次數(shù)500次剎車，正常設(shè)計著陸總重剎車次數(shù)占2/3，74%設(shè)計著陸總重只占1/3。試驗沒有考慮一次完全剎車之前和之后的滑行中剎車或點剎，以及大動能和中止起飛情況。根據(jù)這種試驗方案，得到試驗結(jié)果顯示碳盤熱庫磨損量（由磨損指示桿伸出長度顯示）隨剎車次數(shù)呈線性關(guān)系，據(jù)此評估韓國國產(chǎn)碳剎車使用壽命可達1 000次起落以上。

表2　F-16剎車壽命譜

美國T-38C“禽爪”教練機剎車系統(tǒng)改進項目，碳剎車熱庫使用壽命750次起落（著陸循環(huán)），試驗按規(guī)定的使用能量譜（見表3）進行。剎車試驗可在軸式動力試驗臺上進行，試驗總次數(shù)為750次剎車。臺架一次剎車由3次滑行剎車、自然冷卻65 min（續(xù)航時間），接著1次著陸剎車和3次滑行剎車組成。著陸剎車A狀態(tài)和B狀態(tài)相當于正常動能和大動能。正常動能為4.07×106ft-lb，剎車速度129 kn，減速率10 ft/s2；超載動能4.80×106ftlb，剎車速度129 kn，減速率10 ft/s2；RTO動能8.28×106ft-lb，剎車速度277 kn，減速率10 ft/s2。在第1次、第400次和第750次剎車試驗前，對著陸剎車A狀態(tài)要做恒定壓力剎車，剎車壓力從25%最大剎車壓力開始，以15%遞增到100%，加壓速率每秒200%。由于剎車壽命試驗動能以等效慣量給出，不好確定使用能量是正常動能還是正常動能的百分之幾十。該試驗要求也沒有RTO動能考核。

表3　T-38C使用能量譜

MD-90飛機機輪和剎車裝置采購規(guī)范要求剎車熱庫使用壽命至少2 000次起落循環(huán)，該壽命指標與使用著陸能量水平相對應。MD-90飛機超載著陸動能為72.0×106ft-lb，最大/熱熔塞不熔化著陸39.0×106ft-lb，100次設(shè)計著陸（KEDL）30.5×106ft-lb，使用著陸15.0×106ft-lb。最大著陸，100次設(shè)計著陸（KEDL）和使用著陸的剎車速度、減速率分別是160.2 kn，15.1 ft/s2；135.0×106ft-lb，10.0 ft/s2；138.7×106ft-lb，6.0 ft/ s2。100次著陸-停止（KEDL）試驗按照TSO-C26c進行，但試驗中間不允許更換摩擦元件，機輪導軌或?qū)к壴＿@反映出熱庫件最低使用壽命要求100起落。剎車壽命試驗對1次試驗循環(huán)定義是：滑行剎車4次（從20 kn剎停，每次能量0.62×106ftlb）+滑行點剎7次（從20 kn剎車減速到10 kn，每次能量0.47×106ft-lb）+雙系統(tǒng)止轉(zhuǎn)剎車1次（剎車速度150 kn）+著陸剎車1次+較熱滑行剎車4次+熱滑行點剎7次。試驗要求每做20次試驗循環(huán)，給剎車熱庫上噴灑水模擬使用中的潮濕條件（在雙系統(tǒng)濕態(tài)著陸剎車試驗中，要求試驗前將剎車盤浸泡水中24 h）。為減少剎車試驗總次數(shù)，可采取加速壽命試驗方法進行。加速壽命試驗方案由承包商提出交麥道飛機公司批準執(zhí)行。

關(guān)于剎車盤磨損壽命試驗問題，專利文獻也有描述。如美國專利USP 20070262200公開一種超長壽命碳-碳摩擦材料制備工藝，文件認為碳剎車磨損的大部分是由飛機滑行剎車或點剎車引起的。因此，設(shè)計的剎車磨損試驗中，1次剎車即試驗序列包括：4次滑行點剎——1次滑行剎?！?次正常動能剎車——4次滑行點剎——1次滑行剎停，照此對ERJ-145、ERJ-135和波音747-400飛機碳剎車做了剎車磨損試驗。美國專利US6691393公開一種碳纖維復合材料摩擦制品制備工藝。該專利在實施例中以波音767-300碳剎車盤為例，采用磨損壽命試驗譜如下，總共剎車試驗200次，其中100%的使用能量著陸剎車占10%：

序列 #1——9次冷滑行剎車，50%使用能量（1.463 M ft-lbs）著陸剎車，7次熱滑行剎車。重復做120次；序列#2——9次冷滑行剎車，75%使用能量（2.194 M ft-lbs）著陸剎車，7次熱滑行剎車。重復做60次；序列#3——9次冷滑行剎車，100%使用能量（2.925 M ft-lbs）著陸剎車，7次熱滑行剎車。重復做20次。

4　結(jié)論建議

以碳-碳復合摩擦材料為剎車熱庫的碳剎車裝置已成為當前飛機主起落架的標準配置。確定和評估剎車熱庫使用壽命是航空機輪研制生產(chǎn)使用中需要研究解決的問題。碳剎車使用中暴露的碳盤實際使用壽命低于設(shè)計指標值問題，說明需要合理確定壽命指標和采取有效的剎車壽命試驗的充分性和必要性。在一定條件下，碳剎車盤磨損使用壽命可達2 000～3 000起落，這是粉末冶金剎車盤通常所不及的。現(xiàn)有航標和國軍標不能適應剎車壽命發(fā)展要求。HB 5651-1981規(guī)定的剎車壽命試驗明確具體，便于執(zhí)行，可操作性強?？傮w上以該標準鑒定通過的粉末剎車片能夠滿足使用要求。GJB 1184（及后來發(fā)布的A版），包括MIL-W-5013、SAE ARP1493等，沒有明確的壽命指標要求；剎車使用壽命方案設(shè)計合理，但關(guān)鍵參數(shù)和試驗條件沒有給出；通過108次剎車壽命試驗只是驗證設(shè)計能力，交付外場剎車盤壽命是多少不得而知。因此，首先是標準的可操作性差。從國外軍機和民機剎車壽命試驗看，都是由產(chǎn)品采購規(guī)范將標準要求細化實施。而國內(nèi)實踐中如何執(zhí)行標準確認試驗譜難度較大，主要由承研單位去定欠妥。針對碳剎車磨損主要因素，SAE ARP597采用鋼剎車和碳剎車不同試驗方案是合理的。HB 5651-1981主要針對鋼剎車包括塑料剎車塊，分析和使用證明不適合碳剎車壽命試驗。但航標按壽命要求次數(shù)確定剎車試驗次數(shù)的思路值得國軍標借鑒。剎車壽命期望越長越好，但可能帶來產(chǎn)品設(shè)計笨重問題，更重要的是長壽命耐用品會妨礙產(chǎn)品的更新?lián)Q代。需從全壽命管理、綜合保障等方面合理確定剎車耗材的使用壽命。對軍用飛機碳剎車盤使用壽命適宜定為750～2 000起落。GJB 4193-2001《軍用飛機剎車盤通用規(guī)范》已要求碳剎車盤使用壽命1 000起落以上。

建議通過專門立項研究，調(diào)查外場剎車使用實際狀況，摸清不同試驗條件和試驗參數(shù)對剎車壽命影響，提出廠內(nèi)臺架試驗方案和指導外場延長碳剎車使用壽命建議。適時修訂完善國軍標，明確剎車熱庫壽命指標要求和剎車壽命試驗譜關(guān)鍵參數(shù)，如使用能量，試驗采用的大多數(shù)情況下使用能量，一般可取正常設(shè)計著陸動能的50%～75%，并適當增加滑行剎車次數(shù)，例如，一種著陸狀態(tài)的滑行剎車由4次增加到6～10次，在整個剎車速度、剎車壓力范圍，包括潮濕或浸水狀態(tài)，能夠全面客觀考核剎車盤使用壽命。對于使用壽命在1 000起落以下，按全數(shù)試驗；使用壽命在1 000起落以上按規(guī)定比例次數(shù)試驗。達到便于組織試驗實施，又保證試驗結(jié)論的可靠性。一個可考慮的剎車壽命試驗方案是采用3種能量，即使用動能（經(jīng)常用動能），正常動能（設(shè)計額定動能）和大動能試驗（除RTO外高能量）。使用動能試驗取65%正常動能，剎車壓力和剎車速度分別取0.65 PS和0.6 VS，試驗次數(shù)占總數(shù)的75%。正常動能試驗采用0.75 PS的剎車壓力，剎車速度不變即正常剎車速度VS，試驗次數(shù)占20%。

大動能試驗按正常剎車壓力PS和正常剎車速度VS進行，試驗次數(shù)占5%。每次剎車前和剎車后滑行剎車3次，一次滑行剎車能量取3%使用動能。試驗總次數(shù)750次。

[參考文獻]

[1] MIL-W-5013L General Specification for Aircraft Wheel and Brake Assemblies [S].

[2] MIL-W-85091 F-14A Wheel and Carbon Brake Assembly General Specification [S].

[3] ARP597 Wheels and Brakes Supplementary Criteria for Design Endurance，Civil Transport Aircraft [S].

[4] 楊尊社. 韓國高性能C/C剎車盤的開發(fā)[J]. 飛機設(shè)計，2005年2期.

（編輯：雨晴）

[中圖分類號]T-65

[文獻標識碼]C

[文章編號]1003-6660（2016）02-0003-07

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.02.001