民用飞机最严酷着陆刹车能量定义和验证

王晓梅

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）23-0011-02

Abstract： The harshest landing stop of civil aircraft is in the 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 harshest 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； braking energy； reasonable calculation method； braking starting temperature

1 介绍

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、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確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CCAR25.1001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

2.1～2.3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，但是难以保证每一参数值的准确和保守。合理的刹车能量定义，既能保证刹车使用和飞机的安全，又不致使飞机背负不必要的重量飞行而降低成本。

参考文献：

[1]CCAR25R4.運输类飞机适航标准[S].

[2]AC 25.735-1 BRAKES AND BRAKING SYSTEMS CERTIFIC

ATION TESTS AND ANALYSIS.

[3]AMC 25.735 Acceptable Means of Compliance.