何永樂 田 軍

（空軍駐興平地區(qū)軍事代表室，陜西 興平 713000）

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飛機(jī)剎車壽命試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定入手，分析探討飛機(jī)剎車盤使用壽命和剎車壽命試驗(yàn)問題，并給出一些飛機(jī)剎車盤使用壽命和剎車壽命試驗(yàn)實(shí)例，提出完善國軍標(biāo)剎車壽命要求和剎車壽命試驗(yàn)改進(jìn)建議。

[關(guān)鍵詞]飛機(jī)；航空機(jī)輪；剎車盤；剎車壽命； 試驗(yàn)

[收修訂稿日期] 2015-11-27

剎車壽命試驗(yàn)是航空機(jī)輪鑒定試驗(yàn)其中的一項(xiàng)，用以考核和評價(jià)剎車裝置使用壽命情況。航空機(jī)輪產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅要滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)，也要滿足技術(shù)使用壽命指標(biāo)。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(jì)性、管理性、維修性等方面。剎車壽命試驗(yàn)不僅由于通常試驗(yàn)周期長，更重要的是由廠內(nèi)臺架試驗(yàn)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(jī)輪研制發(fā)展歷程中一直受到關(guān)注。隨著設(shè)計(jì)使用壽命指標(biāo)的提高，如何進(jìn)行剎車壽命試驗(yàn)又成為一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)和緊迫的問題。本文將從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定入手，分析探討飛機(jī)剎車壽命試驗(yàn)問題。

1　標(biāo)準(zhǔn)綜述

剎車壽命試驗(yàn)涉及剎車速度、剎車壓力、剎車能量和剎車次數(shù)等試驗(yàn)條件和要求。HB 5651-1981《航空機(jī)輪通用技術(shù)條件》對剎車壽命試驗(yàn)提出了具體要求。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同的剎車盤或剎車片的壽命至少應(yīng)通過的試驗(yàn)次數(shù)。例如，如果剎車盤（片）壽命指標(biāo)為100起落，在慣性臺應(yīng)通過100%壽命次數(shù)即進(jìn)行100次全數(shù)的剎車試驗(yàn)；當(dāng)剎車盤（片）壽命為500起落或更長，在慣性臺應(yīng)通過40%壽命次數(shù)即進(jìn)行200次的剎車試驗(yàn)。試驗(yàn)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(dòng)能，同時(shí)，考慮大動(dòng)能試驗(yàn)次數(shù)。對于殲擊機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)和轟炸機(jī)，正常動(dòng)能試驗(yàn)次數(shù)占95%，對于客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)，正常動(dòng)能試驗(yàn)次數(shù)占98%。在正常動(dòng)能試驗(yàn)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(yàn)正常動(dòng)能剎車試驗(yàn)和大動(dòng)能剎車試驗(yàn)后，還要做一次中止起飛（RTO）試驗(yàn)（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(biāo)準(zhǔn)對剎車壽命試驗(yàn)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(jī)輪和剎車裝置通用規(guī)范》發(fā)布后，促進(jìn)了我國航空機(jī)輪研制的發(fā)展，因?yàn)樗w現(xiàn)了英美西方國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性，是新機(jī)航空機(jī)輪研制的主要標(biāo)準(zhǔn)。GJB 1184對剎車壽命試驗(yàn)沒有明確提出，但實(shí)際上也有規(guī)定。在3.3.7 剎車裝置設(shè)計(jì)一節(jié)給出的機(jī)輪剎車裝置機(jī)場工作壽命譜分析表，就是對剎車壽命試驗(yàn)提出的要求。在4.3.20 動(dòng)力矩譜試驗(yàn)一節(jié)，規(guī)定了試驗(yàn)件、能量和剎車次數(shù)等要求。要求動(dòng)力矩譜試驗(yàn)應(yīng)在新的剎車裝置上進(jìn)行；試驗(yàn)輸入能量的類型與機(jī)輪剎車裝置機(jī)場工作壽命譜分析表中規(guī)定的相同；飛機(jī)重量狀態(tài)按機(jī)輪剎車裝置性能要求試驗(yàn)規(guī)定，并采用相應(yīng)的能量；試驗(yàn)程序和剎車次數(shù)須經(jīng)訂貨方認(rèn)可。機(jī)輪剎車裝置機(jī)場工作壽命譜分析表列出了4種剎車情況：典型機(jī)場著陸，短跑道著陸，超載著陸和RTO，臺架剎車試驗(yàn)次數(shù)為典型機(jī)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(yàn)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(dòng)次數(shù)（其中一次為最大作用力）。滑行速度采用56 km/h，典型機(jī)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(yàn)前制動(dòng)2次外，其余工況剎車前后各進(jìn)行2次制動(dòng)。關(guān)于剎車動(dòng)能、減速率、剎車速度、飛輪慣量幾項(xiàng)參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)中僅列出項(xiàng)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(jī)預(yù)計(jì)的平均工作狀態(tài)。表中數(shù)據(jù)應(yīng)是飛機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)所預(yù)計(jì)的實(shí)際平均狀態(tài)。機(jī)輪剎車裝置的設(shè)計(jì)目標(biāo)是訂貨方規(guī)定的起落次數(shù)。注釋還說，滑行時(shí)的剎車阻力和吸收的能量應(yīng)與該機(jī)型規(guī)定的工作情況相一致。整個(gè)滑行過程中，可以使用56 km/h的空氣冷卻。如果飛機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。

在國外機(jī)輪標(biāo)準(zhǔn)中，MIL-W-5013L《航空機(jī)輪和剎車裝置通用規(guī)范》對剎車壽命試驗(yàn)也沒有明確提出，同GJB 1184一樣，在剎車裝置設(shè)計(jì)一節(jié)中以一張機(jī)輪剎車裝置機(jī)場工作壽命譜分析表的形式，規(guī)定了剎車壽命試驗(yàn)。剎車壽命試驗(yàn)內(nèi)容和要求與GJB 1184相同。美國機(jī)動(dòng)車協(xié)會（SAE）ARP1493C《軍用飛機(jī)機(jī)輪和剎車裝置設(shè)計(jì)試驗(yàn)要求》對剎車壽命試驗(yàn)要求與MIL-W-5013L基本相同，也是在剎車性能要求中以一張機(jī)輪剎車裝置機(jī)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(yàn)，其中的滑行距離要求是美軍標(biāo)兩倍多。另外，在表的下面有附注：1. 應(yīng)使用得到的磨損數(shù)據(jù)，為飛機(jī)使用中剎車盤的安全拆卸點(diǎn)的計(jì)算提供支持。熱庫盤組或摩擦片可采用機(jī)械加工的方式達(dá)到各自的完全磨損厚度，進(jìn)行最后12次剎車試驗(yàn)。2. 磨損剎車RTO試驗(yàn)，用于確定磨損剎車容量和剎車距離，驗(yàn)證在合理?xiàng)l件下剎車裝置完成一次中止任務(wù)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(yùn)輸機(jī)機(jī)輪剎車裝置耐久性設(shè)計(jì)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》對剎車壽命試驗(yàn)做了比較詳細(xì)的規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，在評估碳剎車壽命時(shí)，滑行中的剎車和點(diǎn)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(yàn)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(jìn)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(jìn)行一系列熱滑行剎車（共10次）和1次停機(jī)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(jī)剎車組成。碳剎車新狀態(tài)進(jìn)行200次剎車，70%磨損狀態(tài)進(jìn)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(jìn)行一系列滑行剎車。該標(biāo)準(zhǔn)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(jī)輪通用技術(shù)條件》和HB 5648-1981《航空機(jī)輪和剎車裝置—設(shè)計(jì)規(guī)范》是航空機(jī)輪研制最早采用的標(biāo)準(zhǔn)。在HB 5648中提出了新研制產(chǎn)品試驗(yàn)要求，具體的試驗(yàn)要求和方法應(yīng)符合HB 5651的規(guī)定。HB 5651對剎車盤片不僅提出壽命指標(biāo)要求，還提出具體試驗(yàn)要求。HB 5651規(guī)定的剎車壽命試驗(yàn)具有簡潔、明確、可行的特點(diǎn)，便于實(shí)際操作應(yīng)用。HB 5651采用的剎車能量為飛機(jī)一次設(shè)計(jì)著陸正常動(dòng)能，剎車壓力為0.75 PS，比正常剎車壓力降低1/4，這是標(biāo)準(zhǔn)考慮實(shí)際應(yīng)用情況。另外，加入了幾次大動(dòng)能剎車，還有中止起飛試驗(yàn)考核。剎車片壽命要求150、250次起落，對偶盤300、500次起落，試驗(yàn)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(jī)實(shí)際運(yùn)行中，起飛前滑行中免不了剎車或點(diǎn)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(diǎn)剎。按照HB 5648規(guī)定，航空機(jī)輪剎車能量狀態(tài)有3種設(shè)計(jì)狀態(tài)：正常動(dòng)能，大動(dòng)能和中止起飛動(dòng)能。HB 5651把能量作為考核的主要輸入?yún)?shù)，主要采用設(shè)計(jì)著陸正常動(dòng)能進(jìn)行磨損試驗(yàn)即剎車壽命試驗(yàn)，剎車速度不變（最高速度），剎車壓力適當(dāng)降低（RTO試驗(yàn)除外），簡化了試驗(yàn)，又達(dá)到嚴(yán)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(shí)際偏于保守，這對于使用和安全是有利的。為高速殲擊機(jī)、殲擊轟炸機(jī)研制的粉末冶金剎車片通過廠內(nèi)慣性臺試驗(yàn)，多年裝機(jī)使用表明達(dá)到設(shè)計(jì)給定的使用壽命指標(biāo)。HB 5651規(guī)定的剎車壽命試驗(yàn)是我國航空工業(yè)多年生產(chǎn)、研制經(jīng)驗(yàn)（特別是前蘇聯(lián)的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)）的總結(jié)，為航空機(jī)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(yàn)是否適用于碳-碳復(fù)合材料剎車盤，沒有進(jìn)行試驗(yàn)研究，因?yàn)楹綐?biāo)制定時(shí)間較早，主要是鋼剎車時(shí)代。另外，某殲擊機(jī)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(dá)不到設(shè)計(jì)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(yàn)條件沒有涵蓋使用條件，實(shí)際使用的低能低速條件廠內(nèi)試驗(yàn)并未考核，個(gè)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(biāo)制定，剎車壽命要求和剎車壽命試驗(yàn)按機(jī)輪剎車裝置機(jī)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(shí)際飛機(jī)剎車運(yùn)行情況，考慮因素較為全面。試驗(yàn)次數(shù)不是很多，總共108次，便于調(diào)度實(shí)施。但是，GJB 1184沒有明確提出剎車壽命要求指標(biāo)。通過這108次剎車試驗(yàn)?zāi)茏C明剎車盤片壽命是多少？標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)無法進(jìn)行剎車壽命試驗(yàn)。動(dòng)力矩譜試驗(yàn)應(yīng)該是剎車壽命驗(yàn)證試驗(yàn)，但怎樣進(jìn)行試驗(yàn)沒有交代清楚，只是說明了試驗(yàn)件狀態(tài)和試驗(yàn)?zāi)芰?，并?qiáng)調(diào)“試驗(yàn)程序和剎車次數(shù)須經(jīng)訂貨方認(rèn)可”。這在實(shí)際執(zhí)行中往往是個(gè)不小的問題，難以有效落實(shí)。GJB 1184對剎車壽命試驗(yàn)按實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)所預(yù)計(jì)的實(shí)際平均狀態(tài)也就是一般情況考核評價(jià)比較合理。從能量角度看，主要用典型機(jī)場著陸能量試驗(yàn)，試驗(yàn)次數(shù)占93%以上，與HB 5651規(guī)定的相當(dāng)。但一般情況能量是多大？這與機(jī)場長度、操作習(xí)慣、飛機(jī)特性等因素關(guān)系很大。例如，有些飛機(jī)通常剎車能量是設(shè)計(jì)著陸動(dòng)能的50%～70%。GJB 1184剎車壽命試驗(yàn)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(gè)世紀(jì)五、六十年代國外有關(guān)飛機(jī)設(shè)計(jì)的一般技術(shù)要求中已有提及。例如，規(guī)定戰(zhàn)斗機(jī)剎車盤片的使用壽命不得少于125次起落，軍用運(yùn)輸機(jī)和客機(jī)不得少于300次，教練機(jī)不得少于400次。

因此，在標(biāo)準(zhǔn)中有必要明確提出剎車壽命指標(biāo)要求。根據(jù)不同的剎車壽命指標(biāo)，規(guī)定慣性臺或剎車動(dòng)力試驗(yàn)臺鑒定試驗(yàn)應(yīng)通過的試驗(yàn)次數(shù)。GJB 1184在剎車設(shè)計(jì)中規(guī)定了性能試驗(yàn)和壽命譜試驗(yàn)的慣性臺試驗(yàn)要求，這些試驗(yàn)應(yīng)認(rèn)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(yàn)考核，可以認(rèn)為熱庫最低使用壽命為100次起落。

ARP597標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，在評估碳剎車壽命時(shí)，滑行中的剎車和點(diǎn)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(yàn)譜要體現(xiàn)影響壽命的主要參數(shù)。ARP597標(biāo)準(zhǔn)基于民機(jī)剎車磨損分析認(rèn)識，對鋼剎車和碳剎車提出不同剎車次數(shù)的試驗(yàn)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(jī)剎車。這種試驗(yàn)方案盡量模擬民機(jī)剎車的實(shí)際使用情況。民機(jī)起降不同機(jī)場，而且機(jī)場交通繁忙擁堵呈上升態(tài)勢，剎車用得多。軍機(jī)有自己機(jī)場，滑行剎車與民機(jī)情況不同，但可考慮是否增加止轉(zhuǎn)剎車和停機(jī)剎車。ARP597試驗(yàn)參數(shù)明確，給出了能量、減速率和等效慣量，便于實(shí)施。但該標(biāo)準(zhǔn)也沒有規(guī)定熱庫剎車盤片的壽命指標(biāo)要求，通過了250次剎車或425次剎車試驗(yàn)究竟使用壽命是多少不清楚。這應(yīng)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(jī)各種使用條件下應(yīng)達(dá)到的設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。產(chǎn)品鑒定試驗(yàn)考核應(yīng)采取最嚴(yán)酷的條件，試驗(yàn)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(qiáng)度（輕重）、剎車次數(shù)，因此，在民航法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定剎車壽命要求，包括剎車壽命試驗(yàn)。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(jì)性、綜合保障性方面提出要求。軍機(jī)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(fù)合材料剎車盤壽命則較長，如印度海得拉巴國防實(shí)驗(yàn)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(jī)粉末片如DC10-30飛機(jī)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(gè)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(yùn)輸機(jī)新上的碳剎車改裝項(xiàng)目，宣稱熱庫壽命為2 000次起落，是現(xiàn)有鋼剎車的8倍。實(shí)際上，碳剎車使用壽命分散很大，多數(shù)情況低于設(shè)計(jì)目標(biāo)值。1991年，美國空軍對F-16 40/42批飛機(jī)兩家供應(yīng)商產(chǎn)品執(zhí)行為期2年的現(xiàn)場使用評價(jià)，結(jié)果表明： ABSC的碳剎車預(yù)期壽命僅250次起落，BFG的為767次起落，均未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求“設(shè)計(jì)目標(biāo)1 000個(gè)起落”。出口韓國的KF-16飛機(jī)（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(jī)機(jī)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(jī)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(dāng)前國內(nèi)遇到了，國外確實(shí)曾遇到過。也說明碳盤壽命指標(biāo)確定的合理性、可行性。

GJB 1184及MIL-W-5013剎車壽命試驗(yàn)是普遍要求，而ARP597對鋼剎車和碳剎車提出不同的試驗(yàn)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(jìn)行剎車壽命試驗(yàn)將是不合適的。從理論和使用實(shí)踐看，剎車壽命試驗(yàn)應(yīng)包括各種速度和能量下的試驗(yàn)，以能考核實(shí)際使用壽命來制定試驗(yàn)方案。GJB 1184、MIL-W-5013及ARP597都使用代表實(shí)際操作的能量，并有一定的滑行剎車，這種剎車壽命試驗(yàn)是比較合理的。標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確的試驗(yàn)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(biāo)商提出經(jīng)采購方確認(rèn)，具體的剎車壽命試驗(yàn)將依據(jù)產(chǎn)品采購技術(shù)規(guī)范實(shí)施。

3　幾個(gè)實(shí)例

F-14A 《飛機(jī)機(jī)輪與碳剎車裝置通用規(guī)范》（MIL-W-85091）在設(shè)計(jì)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(biāo)要求，但在驗(yàn)證試驗(yàn)中對剎車壽命試驗(yàn)做了規(guī)定。在4.3.1.2.9 使用磨損與性能試驗(yàn)一節(jié)，要求對碳剎車機(jī)輪按照給定的剎車壽命譜進(jìn)行試驗(yàn)，以驗(yàn)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(yàn)總計(jì)750次剎車。在每次剎車前和剎車后，要進(jìn)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(dāng)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(fēng)散熱。開始的75次使用著陸動(dòng)能剎車試驗(yàn)，每次試驗(yàn)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(yīng)飛機(jī)最大起飛總重的飛輪慣量當(dāng)量值（IE）34 500 lb，進(jìn)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(jìn)行濕態(tài)靜力矩測試，每次測試前重新打濕熱庫。

標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行濕態(tài)試驗(yàn)和熱態(tài)及冷態(tài)靜力矩測試。

該機(jī)性能試驗(yàn)要求有5種剎車試驗(yàn)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(dòng)能是正常著陸動(dòng)能的68.3%，其剎車次數(shù)占總次數(shù)的64.5%；輕使用著陸動(dòng)能是正常著陸動(dòng)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(yàn)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(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不應(yīng)出現(xiàn)破壞。

表1　F-14A剎車壽命譜

為解決進(jìn)口戰(zhàn)機(jī)耗材備件問題，韓國對F-16“戰(zhàn)隼”飛機(jī)碳剎車進(jìn)行了國產(chǎn)化研制。碳剎車試驗(yàn)根據(jù)MIL-W-5013和洛克希德通用動(dòng)力公司的GD16ZL001B產(chǎn)品規(guī)范在慣性臺上進(jìn)行。F-16性能試驗(yàn)有3種狀態(tài)：A狀態(tài)為正常設(shè)計(jì)著陸，剎車動(dòng)能5.7×106ft-lb；B狀態(tài)為最大設(shè)計(jì)著陸，剎車動(dòng)能10.5×106ft-lb；C狀態(tài)為RTO，對應(yīng)動(dòng)能18.1×106ft-lb。碳熱庫剎車壽命試驗(yàn)?zāi)芰恐饕捎谜ＴO(shè)計(jì)著陸動(dòng)能（見表2），試驗(yàn)總次數(shù)500次剎車，正常設(shè)計(jì)著陸總重剎車次數(shù)占2/3，74%設(shè)計(jì)著陸總重只占1/3。試驗(yàn)沒有考慮一次完全剎車之前和之后的滑行中剎車或點(diǎn)剎，以及大動(dòng)能和中止起飛情況。根據(jù)這種試驗(yàn)方案，得到試驗(yàn)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(dá)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(jī)剎車系統(tǒng)改進(jìn)項(xiàng)目，碳剎車熱庫使用壽命750次起落（著陸循環(huán)），試驗(yàn)按規(guī)定的使用能量譜（見表3）進(jìn)行。剎車試驗(yàn)可在軸式動(dòng)力試驗(yàn)臺上進(jìn)行，試驗(yàn)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(shí)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(dāng)于正常動(dòng)能和大動(dòng)能。正常動(dòng)能為4.07×106ft-lb，剎車速度129 kn，減速率10 ft/s2；超載動(dòng)能4.80×106ftlb，剎車速度129 kn，減速率10 ft/s2；RTO動(dòng)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(yàn)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(yàn)動(dòng)能以等效慣量給出，不好確定使用能量是正常動(dòng)能還是正常動(dòng)能的百分之幾十。該試驗(yàn)要求也沒有RTO動(dòng)能考核。

表3　T-38C使用能量譜

MD-90飛機(jī)機(jī)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(biāo)與使用著陸能量水平相對應(yīng)。MD-90飛機(jī)超載著陸動(dòng)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(jì)著陸（KEDL）30.5×106ft-lb，使用著陸15.0×106ft-lb。最大著陸，100次設(shè)計(jì)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(yàn)按照TSO-C26c進(jìn)行，但試驗(yàn)中間不允許更換摩擦元件，機(jī)輪導(dǎo)軌或?qū)к壴?。這反映出熱庫件最低使用壽命要求100起落。剎車壽命試驗(yàn)對1次試驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)剎7次。試驗(yàn)要求每做20次試驗(yàn)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(yàn)中，要求試驗(yàn)前將剎車盤浸泡水中24 h）。為減少剎車試驗(yàn)總次數(shù)，可采取加速壽命試驗(yàn)方法進(jìn)行。加速壽命試驗(yàn)方案由承包商提出交麥道飛機(jī)公司批準(zhǔn)執(zhí)行。

關(guān)于剎車盤磨損壽命試驗(yàn)問題，專利文獻(xiàn)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(rèn)為碳剎車磨損的大部分是由飛機(jī)滑行剎車或點(diǎn)剎車引起的。因此，設(shè)計(jì)的剎車磨損試驗(yàn)中，1次剎車即試驗(yàn)序列包括：4次滑行點(diǎn)剎——1次滑行剎?！?次正常動(dòng)能剎車——4次滑行點(diǎn)剎——1次滑行剎停，照此對ERJ-145、ERJ-135和波音747-400飛機(jī)碳剎車做了剎車磨損試驗(yàn)。美國專利US6691393公開一種碳纖維復(fù)合材料摩擦制品制備工藝。該專利在實(shí)施例中以波音767-300碳剎車盤為例，采用磨損壽命試驗(yàn)譜如下，總共剎車試驗(yàn)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(fù)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(fù)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(fù)做20次。

4　結(jié)論建議

以碳-碳復(fù)合摩擦材料為剎車熱庫的碳剎車裝置已成為當(dāng)前飛機(jī)主起落架的標(biāo)準(zhǔn)配置。確定和評估剎車熱庫使用壽命是航空機(jī)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(shí)際使用壽命低于設(shè)計(jì)指標(biāo)值問題，說明需要合理確定壽命指標(biāo)和采取有效的剎車壽命試驗(yàn)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(dá)2 000～3 000起落，這是粉末冶金剎車盤通常所不及的?，F(xiàn)有航標(biāo)和國軍標(biāo)不能適應(yīng)剎車壽命發(fā)展要求。HB 5651-1981規(guī)定的剎車壽命試驗(yàn)明確具體，便于執(zhí)行，可操作性強(qiáng)。總體上以該標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)要求；剎車使用壽命方案設(shè)計(jì)合理，但關(guān)鍵參數(shù)和試驗(yàn)條件沒有給出；通過108次剎車壽命試驗(yàn)只是驗(yàn)證設(shè)計(jì)能力，交付外場剎車盤壽命是多少不得而知。因此，首先是標(biāo)準(zhǔn)的可操作性差。從國外軍機(jī)和民機(jī)剎車壽命試驗(yàn)看，都是由產(chǎn)品采購規(guī)范將標(biāo)準(zhǔn)要求細(xì)化實(shí)施。而國內(nèi)實(shí)踐中如何執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)。但航標(biāo)按壽命要求次數(shù)確定剎車試驗(yàn)次數(shù)的思路值得國軍標(biāo)借鑒。剎車壽命期望越長越好，但可能帶來產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)碳剎車盤使用壽命適宜定為750～2 000起落。GJB 4193-2001《軍用飛機(jī)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(xiàng)研究，調(diào)查外場剎車使用實(shí)際狀況，摸清不同試驗(yàn)條件和試驗(yàn)參數(shù)對剎車壽命影響，提出廠內(nèi)臺架試驗(yàn)方案和指導(dǎo)外場延長碳剎車使用壽命建議。適時(shí)修訂完善國軍標(biāo)，明確剎車熱庫壽命指標(biāo)要求和剎車壽命試驗(yàn)譜關(guān)鍵參數(shù)，如使用能量，試驗(yàn)采用的大多數(shù)情況下使用能量，一般可取正常設(shè)計(jì)著陸動(dòng)能的50%～75%，并適當(dāng)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(gè)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(yàn)；使用壽命在1 000起落以上按規(guī)定比例次數(shù)試驗(yàn)。達(dá)到便于組織試驗(yàn)實(shí)施，又保證試驗(yàn)結(jié)論的可靠性。一個(gè)可考慮的剎車壽命試驗(yàn)方案是采用3種能量，即使用動(dòng)能（經(jīng)常用動(dòng)能），正常動(dòng)能（設(shè)計(jì)額定動(dòng)能）和大動(dòng)能試驗(yàn)（除RTO外高能量）。使用動(dòng)能試驗(yàn)取65%正常動(dòng)能，剎車壓力和剎車速度分別取0.65 PS和0.6 VS，試驗(yàn)次數(shù)占總數(shù)的75%。正常動(dòng)能試驗(yàn)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(yàn)次數(shù)占20%。

大動(dòng)能試驗(yàn)按正常剎車壓力PS和正常剎車速度VS進(jìn)行，試驗(yàn)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(dòng)能。試驗(yàn)總次數(shù)750次。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯：雨晴）

[中圖分類號]T-65

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]C

[文章編號]1003-6660（2016）02-0003-07

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