飞机防滑刹车原理及分析

胡志强+陈跃霞+张军

摘 要 文章简要介绍了飞机刹车的功能、原理及分类，阐述了几种飞机防滑刹车的原理，并分析了防滑刹车的运用情况。

关键词 飞机刹车；机轮速度

中图分类号：V227 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0150-01

自从莱特兄弟发明飞机已过去一个世纪，飞机外形、尺寸等发生了翻天覆地的变化，飞机刹车也从最简单的机械连杆式发展到现在的自动刹车。那么何谓飞机刹车？飞机刹车即飞机在地面滑跑过程中使飞机快速减速或停止的装置。

现代飞机着陆速度一般在250～300 km/h，假如没有机轮刹车装置，飞机着陆滑跑距离将会达到4500～5000 m甚至更长，因此飞机着陆后应快速减速，减小对跑道长度的依赖，这是飞机刹车第一个主要功能；第二个主要功能是飞机滑跑起飞过程中如果出现非正常的噪音或振动、轮胎爆破、不正常的加速迟缓、发动机失效、发动机火警等情况时满压力刹车防止飞机冲出跑道造成灾难。因此安全可靠的飞机刹车是飞机正常运行的必要设备。

1 飞机刹车系统概述

飞机刹车按其作用可分为：正常刹车、应急刹车、收起落架自动刹车、停放刹车。正常刹车又称之为主刹车，在飞机着陆时使用，当正常刹车失效后用应急刹车刹停飞机。收起落架自动刹车用于飞机离地后收起落架的同时给机轮刹车，防止高速旋转的机轮打伤轮舱机件，停放刹车用于保证飞机地面停放时受外力扰动（例如刮风情况）而不移位。现代飞机都采用液压能源刹车，其上有多套液压源，为提高可靠性，正常刹车和应急刹车连接不同的液压源，为两个独立通道。而收起落架自动刹车的能源取自收起落架压力管路，收起落架和刹车同时进行，一般与应急刹车管路共用。停放刹车路径与正常刹车相同，只是采用机械装置将刹车脚蹬固定在刹车的位置。

飞机刹车是通过飞行员踩压刹车脚蹬，液压能源通过刹车脚蹬带动的刹车减压阀驱动液压缸的活塞给静刹车盘（不随机轮旋转，可沿机轮轴线滑动，通过刹车壳体与轮轴刚性固定）和动刹车盘（固定在机轮导轨上，可以沿机轮轴线滑动并与机轮一起转动）施加压力，将数个静刹车盘和动刹车盘紧紧地压在一起，使飞机滑跑的动能通过动、静刹车盘的摩擦转化为热能耗散掉，从而使飞机减速并刹停飞机。

2 飞机上几种刹车原理分析

按飞机着陆速度250 km/h计算，假如飞机轮胎刹死1秒钟，那么轮胎在跑道上的拖痕将长达69.4米，这么长的长度足以磨穿轮胎而使轮胎爆破，严重威胁飞机的安全因此现代飞机均采用防滑刹车。所谓防滑就是一闭环控制系统，实时监控机轮转速并控制机轮刹车压力使机轮不刹死而达到飞机安全滑跑。它能防止轮胎抱死时刹爆轮胎从而引发灾难，使刹车平稳，有效提高了刹车效率，缩短了飞机着陆滑跑距离，同时减小轮胎磨损，延长轮胎使用寿命。飞机防滑刹车按原理可分为开关式、相对滑动量式和参考速率-速度差式。

开关式防滑刹车是早期的一种典型的防滑刹车，主起落架每个机轮上装一个惯性传感器，当飞行员踩下刹车阀，高压液压油经刹车阀、防滑电磁阀至机轮上液压缸，液压缸动作压紧动、静刹车盘开始刹车。如果机轮均匀减速，惯性传感器中的惯性飞轮也均匀减速，惯性飞轮不会推动微动电门使防滑电磁阀工作，此时的刹车压力由飞行员踩刹车阀的力度决定；如果刹车压力太大或跑道上有积水，机轮速度突变或抱死，即机轮产生一负角加速度，当此负角加速度达到或大于设定值时，虽然机轮速度急剧降低或停转，但惯性传感器中的惯性飞轮在惯性作用下继续转动并推动微动电门使防滑电磁阀工作，防滑电磁阀工作后堵住飞行员刹车阀的来压并释放刹车液压缸的刹车压力，液压缸活塞在回力弹簧作用下缩回，动、静刹车盘压紧力降低或消失，机轮又加速转动，惯性传感器中的惯性飞轮推动微动电门后贮存的机械能消耗殆尽，微动电门复位使防滑电磁阀失电，此时飞行员刹车阀的刹车压力又经防滑电磁阀施加于刹车液压缸进行刹车，而惯性传感器中的惯性飞轮在摩擦弹簧的作用下也加速到与机轮速度对应的转速。如此反复来实现飞机从着陆到停止或中止起飞过程的防滑刹车。国产的歼6、歼7、歼8、强5，英国的子爵号飞机、俄罗斯的伊尔-76飞机就采用了这种防滑控制系统。

相对滑动量即滑移率，滑移率定义为：

滑移率=飞机速度-机轮速度飞机速度×100%

实践证明，当飞机刹车时滑移率保持在10%～15%时，轮胎与跑道间的摩擦系数最大，假设飞机重量恒定，则根据物理学公式：摩擦力=摩擦系数×正压力（正压力即飞机重力作用在跑道上的压力），那么此时将得到最大的摩擦力，刹车效率也最高。与开关式刹车方式比较，采用此种刹车方式的飞机用速度传感器代替惯性传感器，用压力伺服阀代替防滑电磁阀，在有刹车装置的机轮（即每个主起落架机轮）和无刹车装置的机轮（通常为前起落架机轮）均安装一个速度传感器，在防滑控制器中，主起落架机轮速度信号处理后得到刹车机轮速度，前起落架机轮速度信号处理后得到飞机速度，计算后若实际滑移率超过设定滑移率则防滑控制器发出指令给压力伺服阀，释放掉部分刹车压力，此时刹车机轮又加速转动使滑移率小于设定值，压力伺服阀无控制指令直接输出飞行员给定刹车压力，直到实际滑移率又超过设定滑移率，如此反复进行防滑控制。波音707、A300、幻影2000等飞机采用此种防滑刹车系统。

为了提高可靠性，参考速率-速度差式防滑刹车系统省去了不刹车机轮上的速度传感器，在防滑控制器电路中设有接受机轮瞬时速度的记忆单元即参考速度单元，所记忆的速度按设定规律衰减，同时与机轮当前速度比较，当速度差超过设定值时防滑控制器输出与速度差大小成正比的释压信号给压力伺服阀，压力伺服阀降低刹车压力，刹车机轮又加速转动直到速度差再次超过设定值。波音737、波音747、波音757、波音767、F-16、A-7D、歼7E、歼8Ⅲ、强5M等飞机采用此种防滑刹车。

随着科学技术的发展，自动刹车技术应运而生，在飞机着陆时，飞行员只需根据跑道情况从“高”、“中”、“低”档位中选择需要的档位，则刹车系统自动进行高压力、中压力、低压力防滑刹车，飞行员不再踩刹车脚蹬控制刹车压力，这样飞机降落时一方面可以减轻飞行员的工作负担，另一方面自动刹车非常平稳，提高了乘员的舒适性。自动刹车已应用在波音757、波音767飞机上。

3 结论

近年来，系统集成化发展迅速，有一种“先进刹车控制系统”正在发展中，它集前轮转弯系统、方向舵操纵系统、刹车系统于一体，可望解决飞机在大侧风和光滑跑道（如跑道上有水或雪）上的操纵问题。

参考文献

[1]何永乐.飞机刹车系统设计[M].西北工业大学出版社.

[2]飞机设计手册第14册起飞着陆系统设计[M].航空工业出

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