民用飞机最严酷着陆刹车能量定义和验证

1、民用飞机最严酷着陆刹车能量定义和验证摘 要：民用飞机最严酷着陆停止是在最临界的飞机 着陆重量和速度组合状态下的停止，若不能排除，则刹车设 计和验证必须考虑最严酷着陆停止工况。在定义单轮最严酷 着陆能量时，需首先分析出定义最严酷着陆工况、全机最严 酷着陆能量值、刹车起始温度、可执行刹车的机轮数量。关键词：民用飞机；最严酷着陆；刹车能量；合理计算 方法；刹车起始温度中图分类号：V212.13+1 文献标志码： A 文章编号：2095-2945（2018）23-0011-02Abstract ： The harshest landing stop of civil aircraft is in th

2、e most critical combination of aircraft landing weight and speed. If it can not be excluded ， the brake design and verification must consider the most severe landing stop condition. When defining the harshest landing energy of a single wheel， it is necessary to first analyze the definition of the ha

3、rshest landing condition ， the harshest landing energy value of the whole aircraft ， the starting temperature of the brake， and the number of wheels that can execute the brakes.Keywords ： civil aircraft ； harshest landing； brakingenergy； reasonable calculation method ； braking startingtemperature1 介

4、绍民用飞机的高速运行和运营重量的增加，势必导致刹车 能量增加。飞机着陆后巨大的动能主要由刹车转为热能吸 收。因此刹车研发离不开刹车能量的定义。刹车能量的大小，直接影响刹车和机轮的重量，以及航 空机轮轮胎和刹车的安全性。刹车能量若过于保守，则实际 刹车重量偏大，飞机每天背负不必要的重量飞行而增加成 本；刹车能量定义若不保守，导致在发生大能量着陆时无法 刹停飞机，而发生灾难。本文结合实际经验，旨在系统性讲解如何合理定义25.735 (f)的最严酷着陆工况。2 最严酷着陆工况定义CCAR25.735 (f)条款要求：“最严酷着陆停止是在最临界的飞机着陆重量和速度组 合状态下的停止。必须确定每一个机轮

5、、刹车和轮胎组件最 严酷的停止刹车动能吸收要求。必须通过测功器测试验证， 在刹车热库达到完全磨损极限情况下，机轮、刹车和轮胎组 件能够吸收不少于该水平的动能。对于极不可能的失效情况 或当最大动能加速停止能量更严酷时，不必考虑最严酷的着 陆停止”。最严酷着陆停止情况，与最大动能加速停止一同用于 ?_ 定飞机机轮刹车组件的最大吸能能力。在飞机设计初期，就 需要考虑飞机是否出现最严酷着陆情况，并贯穿飞机的整个 设计周期。最严酷着陆停止，是在飞机着陆重量和速度最临 界的组合状态下的停止，是基于安全性分析得到的结果。若 不能排除下列两种情况，则在刹车设计时必须考虑最严酷着 陆停止：（1）若安全性分析结果

6、表明极不可能（发生概率小 于 10-9 ）的失效情况可不必考虑； （2）若这些失效导致的最 严酷着陆停止不比最大动能加速停止更严酷时，也可不必考 虑。本文从临界飞机重量、临界飞机着陆速度以及临界飞机 着陆重量和速度组合三个方面研究如何完整的定义飞机最 严酷着陆。2.1 临界飞机着陆重量 考虑到飞机起飞后，可能发生应急返场着陆而导致飞机 超过最大设计着陆重量。 AC25.735-1 中给出， 最严酷停止中 的临界重量是指最大起飞重量减去起飞和返场着陆的耗油 量，假设总飞行时间为 30 分钟，若飞机安装放油系统，则 应计入 15 分钟的放油量。在定义飞机临界着陆重量时，飞机性能还需满足CCAR25

7、.1001 的要求。 此处不叠加考虑故障导致的着陆速度 增加，可仅考虑因飞机着陆重量增加而导致的着陆速度和能 量增加，得到的能量定义为超重着陆能量。2.2 临界飞机着陆速度 此处以最大设计着陆重量着陆，通过安全性分析得到各 种可能导致着陆速度增加且失效概率大于 10-9 的单个或多 个失效状态，包括单发失效、襟 /缝翼失效等。寻找出其中最 大能量的情况，得到的能量定义为超速着陆能量。2.3 临界飞机着陆重量和速度组合 最严酷着陆停止情况是基于典型的单个或多个可预见 的失效情况。最严酷着陆停止中的临界着陆重量和速度的组 合定义，是一项庞大的系统工作，需跨专业合作完成全机系 统安全性分析以及特定风

8、险分析得到所有可能导致飞机超 重且超速着陆的失效状态或组合（参见图1）。2.4 最严酷着陆工况定义2.12.3章节分别从临界飞机重量、临界飞机着陆速度 以及临界飞机着陆重量和速度组合进行定义。从 3 种工况中 找出其中最严酷的情况，将该最严酷的情况与最大动能加速 停止相比。若最大动能加速停止更严酷，则可不考虑该项； 若该项最严酷着陆情况更严酷，则需通过分析和试验表明在 该最临界的故障情况下刹车有能力刹停飞机。3 最严酷着陆刹车能量的计算方法 每个机轮和刹车装置的刹车动能吸收要求可按下述方 法之一确定： （ 1 ）直接计算方法：刹车能量等于开始使用刹 车时的飞机动能； （ 2）保守分析方法：对使

9、用刹车过程中预期会出现的事件序列进行保守的合理分析，应考虑：a.第一次使用刹车时的保守飞机地速；b.预期的轮胎对地摩擦系数范围；c.轮胎对地正压力；d.气动阻力；e.发动机正推力；f. 若更严酷则需考虑单发失效情况。使用保守分析方法计算刹车能量，需首先确定刹车过程中所有参数的保守 值，然后通过能量守恒法得到整个过程中刹车吸能的总量。 使用保守分析方法计算刹车能量更加合理，但困难在于，保 证每一参数值的准确和保守。4 最严酷着陆停止验证所需考虑因素4.1 刹车起始温度 刹车吸能能力的验证要求在指定起始温度下进行，而该 温度应尽可能的代表实际使用过程中的典型情况。此处的刹 车起始温度，与起飞线安全

10、放飞温度息息相关。刹车起始温度值影响刹车吸能量。在执行最严酷着陆停 止时，如果刹车热包起始温度超过门限值，刹车可能无法产 生足够力矩在允许场长内刹停飞机，或者无法吸收如此大能 量而导致起火。TSO 给出了两种定义刹车起始温度的方法：（ 1）经验方法，对最严酷着陆停止，起始温度为环境 温度加上 10%的 RTO 能量产生的温升。 （2）合理分析方法 定义刹车起始温度时，应计及：a.前一次典型着陆后的刹车温度；b.滑入停机坪过程中使用刹车的温度变化；c.停放时的温度变化；d.滑出停机坪过程中使用刹车的温度变化；e.起飞加速过程的刹车温度变化；f.刹车收入舱内的温度变化。4.1.1 安全放飞温度定义

11、最严酷着陆刹车起始温度时，需结合安全放飞温度 一起考虑，并综合进最严酷着陆刹车试验进行验证。 AMC 25.735 要求应保证实际使用时刹车温度低于实验室验证的刹 车起始温度。安全放飞温度为起飞线处允许飞机放飞的安全刹车温 度值，是由前一次典型着陆，经过滑入、过站停放、滑出等 一系列温度变化后得到的起飞线处刹车温度值。4.1.2 滑行温度变化滑行时频繁使用刹车，一方面是需要转弯或机场地面交 通限制，另一方面是飞机的滑行速度超过滑行道限制而需刹 车减速。定义刹车起始温度时，需要考虑滑入和滑出停机坪 中刹车的温度变化。因此，特别需要清楚飞机在地面慢车推 力作用下的运动情况： （1）若飞机在地面慢车

12、推力作用下加 速度大， 滑行速度远超滑行道速度限制， 则需频繁使用刹车； 针对此种情况，建议由滑行距离要求及每公里滑行能量值分 析滑入和滑出过程中的温度变化。（2）若飞机在地面慢车推力作用下不会超过滑行道速度限制，则可通过统计分析定义 出典型的滑入和滑出停机坪时的刹车使用频率，分析滑入和 滑出过程中的温度变化。4.2 刹车自身状态最严酷着陆停止能量是分配到每一个机轮、刹车和轮胎 组件刹车动能吸收要求。因此应通过安全性分析得到，有单 一故障或多个故障叠加的情况下，在各种可预期的条件下实 际可执行刹车功能的刹车机轮的数量，据此分析全机总能量 分配到每个刹车上的吸能要求。5 结束语最严酷刹车能量的定义，对刹车研发设计至关重要。根 据适航条款要求，若不能排除最严酷着陆工况，则必须确定 每一个机轮刹车轮胎组件最严酷着陆停止工况下的刹车动 能吸收要求。在定义单轮最严酷着陆能量时，需首先定义最 严酷着陆工况、全机最严酷着陆能量值、刹车起始温度、可 执行刹车的机轮数量。保守分析方法计算刹车能量比直接计 算方法更合理，但是