随着碳/陶刹车技术在舰载机、战斗机、无人机、AG600等多个飞机型号上的应用，我G在该领域的技术实力已处于国际领先水平，实现了从“望其项背”到“弯道超车”的巨大突破

我G飞机机轮及刹车系统的研制之路

2017-04-21 14:43 刘劲松



机轮刹车系统是保障飞机起飞、着陆安全的关键机载系统，据波音统计，飞机在地面机动时发生的灾难性事故占到了总事故的41%，这其中多数事故与刹车系统故障有关。20世纪M国国家航空航天局和联邦航空管理局曾借助麦道DC-9飞机共同对刹车系统进行了庞大的、系列化的技术研究及试飞实验，起因就是大量的飞机冲出跑道事故。这一史无前例的高规格联合技术攻关不仅体现了研制机轮及刹车系统的技术难度，也体现了国际航空界对于飞机机轮刹车系统的高度重视与审慎。此外，机轮刹车系统还与发动机并列属于飞机寿命期使用成本最大的两个系统。


飞机机轮刹车系统由机轮、刹车装置及控制系统组成。简单地讲，飞机机轮刹车系统的作用与汽车刹车系统基本相同，机轮主要承受飞机载荷，刹车装置是利用刹车盘或刹车片的摩擦产生制动力，而控制系统则类似于汽车的防抱死（ABS/ESP），不同的是飞机机轮刹车系统承载能力要求是汽车的20~40倍，吸收能量更是高达汽车的100~800倍，并且具有非常严格的刹车距离要求，而整个系统重量和体积却只有汽车的2~5倍，为研制出符合飞机使用要求的机轮刹车系统产品，需要综合研究机械结构、摩擦材料、液压、自动控制、疲劳、振动、结构动力学、流体动力学、热力学、电子、等多个技术领域内容，因此刹车系统是机载设备行业涉及专业领域最广泛的系统之一。


我G飞机机轮刹车系统的发展起源于1955年苏联援建的“国营航空机轮附件厂”（中国航空工业西安航空制动科技有限公司，以下简称：航空工业制动）。航空工业制动是我G航空刹车系统研发、生产的大型专业化企业，国产军民用飞机机轮刹车系统产品基本由该公司研制配套，六十多年来，从仿真测绘到自主正向设计，再到创新超越，可以说航空工业制动的发展历程就是中国航空工业一部生动、鲜活的飞机机轮刹车系统发展史。文章将分别从机轮、刹车装置、控制系统三个方面简要介绍。


飞机机轮一般具有低重量、高承载、长寿命等要求，因此机轮材料通常选用镁合金和铝合金。我G多数老式飞机如运8、运12、某型系列军机等飞机机轮都沿用苏联传统的铸造镁合金材料，镁合金比重密度低，相同规格机轮重量较低，但铸造镁合金具有燃点低、单位重量承载能力低、铸造缺陷多、疲劳强度低等特性，欧美国家从20世纪六七十年代开始逐渐使用锻造铝合金替代铸造镁合金，并形成了独特的等温深膜锻工艺。我G从70年代起开始研究锻造铝合金机轮，并在运10和某型军机的机轮上首次应用了自由锻铝合金机轮，经过多年的飞行验证，自由锻铝合金机轮各项技术指标实现大幅度跨越（单位承载能力接近铸镁合金的2倍，疲劳寿命约为铸镁合金的2.5倍）。近些年，随着持续不断的研发投入及技术提升，航空工业制动已逐步掌握机轮的精密成型、热防护设计、综合优化等现代化关键技术，这些技术能够有效降低机轮重量及制造成本，增加承载能力及寿命。


控制系统是飞机机轮刹车系统的大脑，它能感受飞行员的刹车指令，并输出合适的刹车作动力，使得轮胎与地面的摩擦系数最大，以减小飞机刹车距离。早期飞机一般均采用机械惯性液压刹车系统，但该类型系统防滑刹车控制效率不高，刹车距离较长，后来逐渐发展为模拟电子式液压刹车系统，如运十及某型军机所采用的模拟式速度差电子防滑刹车系统经过长期的飞行考验，各项性能指标符合设计要求，能够有效缩短飞机刹车距离。上世纪末，为满足某战斗机使用要求，航空工业制动成功研制了多余度数字电传液压刹车系统，为我G第三代战斗机（歼10）的研制做出了巨大贡献。此后，随着某大型军用运输机（运20）的正式列装标志着我G正式成为少数几个掌握多轮系超大型飞机刹车系统设计及验证技术的国家之一，而支撑这些的就是自动刹车、多轮系变载荷防滑控制、压力闭环控制等一大批国内领先、国际先进的核心技术。

进入新世纪后，为适应全电飞机发展趋势，航空工业制动又率先对全电刹车进行预先研究，并于2012年实现了工程化转换及试飞验证。该技术将刹车作动形式由液压作动改为电力作动，利用电机驱动器取代了液压伺服阀，全电刹车系统取消了液压管路和附件，进一步减轻了飞机重量，并且在可靠性、维护性、系统健康监控等方面具有显著地技术优势，全电刹车系统各项技术指标已接近或达到国际先进水平。

航空工业制动始终重视对专业核心技术的研究，积极跟踪国外专业发展动态，形成了预研一代、研制一代、生产一代的良性循环，实现了科技向生产力的快速转化。从碳陶刹车材料的全球领先，多轮系大型飞机刹车系统、全电刹车系统、机轮精密成型技术的工程化应用可以看到，通过几十年的技术积累及发展，我国机轮刹车系统的发展已从仿制测绘走向全面自主创新，技术实力已达到国际先进水平，具备了与全球领先刹车系统厂商同台竞技的实力。（作者单位系航空工业制动 ）