je to dost úžasné, že letadla mohou létat. Ale porazit gravitaci a přimět letadla klouzat po obloze nestačí. Jak získáme tyto obrovské množství kovu pohybující se tak vysokou rychlostí, aby se vrátily do klidového stavu? To byla přesná otázka, s níž čelili první konstruktéři letounu. Ačkoli většina z prvních letadel neměla brzdové systémy, přístup k plnění tohoto úkolu se v průběhu let výrazně změnil.
ve srovnání s brzdami na vašem autě jsou brzdy letounu složitější a přicházejí v mnohem těžší formě. Dnes jsou letadla vybavena různými brzdovými systémy, včetně kotoučových brzd, vzduchových brzd, tahových reverzorů a dalších typů vylepšení brzdového systému. Obecně však lze tyto brzdy rozdělit do dvou skupin: vzduchové brzdy a přistávací brzdy.
v podstatě se vzduchové brzdy používají ke snížení rychlosti letadla ve vzduchu. Proto se jim také říká rychlostní brzdy. Vzduchové brzdy zpomalují Letadlo otevřením způsobem, který zvyšuje odpor, aniž by významně ovlivnil zdvih. Mohou být také někdy použity ke zvýšení úhlu přiblížení letadla v procesu přistání.
naopak, přistávací brzdy zahrnují všechny různé brzdy, které se podílejí na snižování rychlosti letadla, když se blíží k zemi a na zemi. Vzhledem k tomu, že přistávací brzdy potřebují, aby letadlo odpočívalo, musí Jak snížit zdvih, tak zvýšit odpor. Kotoučové brzdy jsou hlavními součástmi systému přistávací brzdy. Budou proto hlavním zaměřením mnoha částí tohoto článku.
obsah
historie leteckých brzd
první letouny, které byly navrženy, neobsahovaly žádné brzdové systémy. Zjevná otázka se pak objeví. Pokud tato letadla neměla brzdy, jak přistála?
zajímavé je, že piloti se pak museli spoléhat na některé další faktory. Místo brzd závisely na nízké rychlosti letadla, měkkých plochách letiště a tření. Ale to už nemohlo stačit, protože hmotnost a velikost letadla se zvyšovaly a letecké technologie se v průběhu let zlepšovaly.
po první světové válce byly první brzdové systémy navrženy pro použití v letadlech. Prvním typem brzd používaných v letadle je padák drogue. Padák drogue je padák připevněný k zadní části letadla, který je nasazen těsně před přistáním, aby zpomalil Letadlo. Drogue padák byl vynalezen v roce 1912 ruským Gleb Kotelnikovem. V letectví se však plně využily až v roce 1937.
dalším typem leteckých brzd, které byly včas přijaty do běžných letadel, jsou systémy vzduchových brzd. V té době však byly většinou ve formě jednoduchých klapek ručně ovládaných pákou v kokpitu. Těsně následovaly kotoučové brzdy.
kotoučové brzdy byly poprvé vyvinuty v Anglii v roce 1890, ale dříve se používaly pouze v automobilech a železničních osobních vlacích. Teprve těsně před druhou světovou válkou byly kotoučové brzdy poprvé použity v letectví. Od té doby se brzdové systémy letadel vyvinuly z ocelových brzd s více disky na pokročilejší elektrické brzdové systémy.
typy leteckých brzd
v letectví dnes většina letadel používá především kotoučové brzdy. Obvykle se v kotoučovém brzdovém systému kotouč otáčí společně se sestavou otočného kola. Když jsou zabrzděny brzdy, stacionární třmen odolává rotačnímu pohybu tohoto disku tím, že způsobuje tření proti disku. Složitost a konstrukce systému kotoučové brzdy často závisí na hmotnosti, velikosti a rychlosti přistání letadla. Nejběžnější typy kotoučových brzd používaných v letadlech jsou jednoduché, duální a vícenásobné kotoučové brzdy.
jednokotoučové brzdy
jediný kotouč obvykle postačuje k účinnému brzdění malého lehkého letadla. Tento disk je klíčem nebo přišroubován ke každému z kol letadla. Pro brzdění roviny je tření aplikováno na obě strany disku pomocí neotáčivého třmenu připojeného k přírubě podvozku. Pohyb třmenu je iniciován písty uvnitř. Tyto písty pod hydraulickým tlakem tlačí brzdové destičky nebo obložení proti rotujícímu kotouči, když je brzda zabrzděna.
jednotlivé kotoučové brzdy mohou být buď plovoucí kotoučové brzdy nebo pevné kotoučové brzdy. Hlavní rozdíl mezi plovoucími a pevnými kotoučovými brzdami spočívá v tom, že když je Brzdová destička tlačena do plovoucí kotoučové brzdy, třmen se pohybuje tak, že se protilehlá destička dotýká disku. U pevných kotoučových brzd se však písty na obou stranách disku pohybují současně, aby tlačily podložky proti disku.
dvojité kotoučové brzdy
u větších letadel nemohou jediné kotoučové brzdy produkovat dostatečné množství brzdného tření, které je nutné k zastavení nebo zpomalení letadla. V takových letadlech se často používají dvojité kotoučové brzdy. U dvojitých kotoučových brzd jsou na kolo namísto jednoho klíčeny dva disky. Mezi oběma disky je umístěn středový nosič s obložením na každé straně. Při každém zabrzdění se tyto obložení dotýkají každého z disků.
Vícenásobné kotoučové brzdy
vícenásobná kotoučová brzda
největší a nejtěžší letadlo vyžaduje použití více kotoučových brzd. Tyto typy brzd jsou konstruovány pro náročné účely. Používají se s částmi stroje, jako jsou regulační ventily výkonové brzdy nebo hlavní válce pro zvýšení výkonu.
Vícenásobné kotoučové brzdy používají prodloužený nosič ložisek, který se podobá jednotce typu torzní trubice. Tento nosič je přišroubován k přírubě nápravy a poskytuje podporu pro různé brzdové části. Tyto části zahrnují prstencový válec a píst, střídání ocelových a měděných nebo bronzových disků, zadní deska, a držák černé desky.
nosič ložiska se připojuje ke statorům, které jsou vyrobeny z oceli, zatímco otočné kolo má buď měděné nebo bronzové disky, které jsou k němu připevněny. Celá sestava statorů a rotorů je stlačena, když je na píst aplikován hydraulický tlak. Konečným výsledkem je výroba velkého množství tepla a tření, které zase snižuje rychlost otáčení kola.
vzduchové brzdy a tahové Reverzory
kromě kotoučových brzd, jiné běžné typy leteckých brzd patří vzduchové brzdy a tahové reverzory. Jak již bylo zmíněno, vzduchové brzdy se používají ke zvýšení odporu působícího na letadlo ve vzduchu. Zvýšením odporu vzduchu se vzduchové brzdy používají ke snížení rychlosti letu letadla. Nejběžnějšími typy vzduchových brzd jsou zdvihací sklápěče a klapky.
zdvihací sklápěče
tahové reverzory zpomalují Letadlo dočasným odkloněním tahu generovaného motorem letadla tak, že se staví proti dopřednému pohybu letadla. Obraceče tahu se často používají, když je letadlo již na zemi. Pomáhají snižovat opotřebení brzd a zkracují přistávací vzdálenost.
Obraceč Tahu
Jak Fungují Brzdy Letadel?
v této sekci se zaměříme především na pracovní principy kotoučových brzd – nejběžnější typ brzd v moderních letadlech. Jak nyní víme, kotoučové brzdy závisí na tření mezi rotujícími a stacionárními kotouči uvnitř brzd, aby fungovaly. Kotoučové brzdové systémy jsou iniciovány pomocí automatického brzdového systému nebo pilotem sešlápnutím nočního pedálu.
jakmile brzda přijme iniciační signál, pohony uvnitř brzdy pohybují pístem, který stlačuje kotouč k sobě. Tímto způsobem se vytváří třecí síla, která zase snižuje rychlost otáčení kola. Během tohoto procesu tření mezi disky přeměňuje kinetickou energii letadla na tepelnou energii.
letecké brzdy absorbují obrovské množství tepla, které může často přesáhnout 1800°C. Při každém použití brzd dochází k velkému opotřebení materiálu disku v důsledku nadměrných třecích sil. Po několika aplikacích (typicky stovky) se disky začnou ztenčovat. To je důvod, proč často vyžadují výměnu po pravidelných intervalech údržby.
z jakých materiálů jsou brzdy letadla vyrobeny?
po velmi dlouhou dobu byla většina leteckých brzd vyrobena z oceli. Až v roce 1963 bylo berylium zavedeno jako materiál pro leteckou brzdu. Použití berylia však přišlo na vlastní náklady. Zatímco berylium poskytovalo vysoce zlepšené tepelné vlastnosti—což je důležité při konstrukci letecké brzdy-byly také potíže s manipulací s materiálem kvůli toxické povaze oxidu berylia.
dnes moderní komerční letadla využívají uhlíkové brzdy. Uhlíkové brzdy se staly široce přijímanými v 80. letech. a obecně fungují dobře podle mnoha indexů. Například uhlíkové brzdy vyrobené z uhlíkových vláken v grafitové matrici jsou lehčí, tepelně stabilnější, rychleji ochlazují a mohou lépe absorbovat energii.
díky vyššímu měrnému teplu uhlíku váží uhlíkové brzdy vždy méně než ocelové brzdy. Uhlík má také nižší tepelnou roztažnost, vyšší odolnost proti tepelným šokům a vyšší teplotní limit, který ocel. Na rozdíl od oceli i berylia má uhlík konstantní měrnou pevnost v širokém rozmezí teplot. Ocel a berylium také obvykle vykazují strmý pokles měrné pevnosti při vysokých teplotách vyšších než 650°C.
nedávno se Safran Landing Systems chlubil, že jejich uhlíkové brzdy Boeing 787s Sepcarb III odolné proti oxidaci jsou 4krát lehčí než ocelové brzdy. Tvrdili také, že brzdy mají 3krát větší výdrž a 2 až 3krát vyšší absorpční kapacitu. Jiní výrobci také používají jiné materiály při konstrukci brzd. Například Honeywell Cerametalix je slinutá kombinace práškových kovů a keramiky.
faktory zvažované při konstrukci brzd
jednoduše řečeno, hlavním faktorem, který rozhoduje o typu brzdového systému, který se používá v letadle, je velikost letadla. Tento faktor pak definuje určité parametry, které je třeba vzít v úvahu při navrhování brzd. Tyto primární konstrukční parametry zahrnují počet disků, průměr disků a materiál disků.
dalším důležitým konceptem, který se objevuje v konstrukci brzd letadel, je nejhorší scénář nazvaný odmítnutý vzlet (RTO). RTO se vyskytuje při maximální rychlosti válcování běžně nazývané rozhodovací rychlost. Při rychlostech nad tuto rychlost rozhodnutí, vzlet nelze bezpečně přerušit, aniž by Letadlo vystavilo značnému riziku, že nebude schopno zastavit před koncem dráhy. Letecké brzdy jsou navrženy tak, aby za takových okolností absorbovaly více energie.
typicky se před návrhem brzdového systému letadla vypočítá jeho kinetická energie během RTO. Množství třecí síly potřebné k dobytí této energie je pak také určeno. K vytvoření potřebných třecích sil, velká komerční dopravní letadla obvykle vyžadují více kotoučů na brzdovou sestavu a brzdy na většině, ne-li všechny, jejich kol.
A380
například A380 má 22 kol rozložených na pěti nohách podvozku, které podporují jeho masivní hmotnost. Tato kola jsou distribuována tímto způsobem:
- 2 nosová kola na noze pod nosem letadla;
- 8 křídlových kol rozdělených mezi dvě nohy, které se rozkládají zpod trupu a podporují levé a pravé křídlo a;
- 12 karosářských kol rozdělených mezi dvě palubní nohy podvozku pod trupem.
šestnáct z těchto kol má brzdy (čtyři z nich jsou kola karoserie a přední kola nejsou brzděna).
kde jsou brzdy umístěny v letadle?
různé typy brzdových systémů letounu jsou umístěny v různých částech letadla. Dnes lze kotoučové brzdy letadel vždy nalézt v podvozku, vzduchové brzdy-na křídlech a otočné otáčky-na motoru. Jedná se však o mechanické části, které pilot během letu nevidí ani neovládá.
většina moderních leteckých brzd je aktivována z horní části pedálů kormidla. Tento typ brzd se nazývá toe brzdy. U špičkových brzd je horní část pedálů kormidla připojena přímo k brzdovému systému. Je však velmi nutné použít brzdy špičky ve správný čas. Pokud jsou aplikovány, když se letadlo pohybuje vysokou rychlostí na dráze,může to mít za následek násilnou změnu směru.
ale ne všechna letadla mají špičky brzdy. Některá starší letadla jsou vybavena patní brzdou. Piloti považují za obtížnější použít tento typ brzd. Ještě vzácnějším typem leteckých brzd je ruční brzda. V některých jiných letadlech, jako jsou Cessna a Mooney, je pilot povinen nejprve použít brzdy špičky a poté vytáhnout knoflík pro zablokování brzd.
Jak Piloti Řídí Brzdy Letadla?
letecké brzdové systémy jsou pouhými mechanickými částmi, v některých případech kombinací mechanických a elektronických částí. Tyto části musí být nasazeny a kontrolovány pilotem. Brzdy lze aktivovat buď ručně pilotem, nebo pomocí automatických brzd. Automatické brzdy, stejně jako název napovídá, jsou elektronické systémy, které se automaticky aktivují, když se letadlo blíží k zemi těsně před přistáním.
většina kol jakéhokoli moderního letounu je vybavena brzdovou jednotkou. Nos a ocasní kolo však nemají brzdy. V každém typickém letadle mohou piloti ovládat brzdy pomocí mechanických nebo hydraulických vazeb na pedál kormidla.
brzda na pravém hlavním kole(kolech) se aktivuje, když pilot sešlápne horní část pravého pedálu. Stejným způsobem, když pilot stiskne horní část levého pedálu kormidla, aktivuje brzdu na levém hlavním kole/kolečkách.
některá nová letadla se však zbavují použití hydraulického systému a místo toho používají elektřinu k napájení brzd. Jedním z hlavních příkladů tohoto přístupu je 787 Dreamliner. Jít s elektrickým brzdovým systémem umožňuje konstruktérům výrazně snížit hmotnost letounu.
v tomto systému, když piloti stisknou brzdové pedály, je na brzdovou jednotku na kole vyslán elektrický signál. Elektricky poháněné pohony se pak používají k přitlačení uhlíkového brzdového kotouče proti kolečku. To následně zpomaluje letadlo dolů.
Jak Často Se Nahrazují Brzdy Letounu?
vzhledem k vysoké úrovni teplotních změn letadla brzdy procházejí, musí být často vyměňovány. Obecně platí, že po přibližně 1000 až 2000 přistáních se brzdy letadel odebírají ke kontrole údržby. Každý brzdový systém má kolík umístěný uvnitř brzdy. Tento kolík je v podstatě indikátorem, který pomáhá detekovat úroveň opotřebení, kterou brzda zažila.
frekvence výměny brzd v letadle také závisí do značné míry na typu brzdového materiálu. Ocelové brzdy mají v průměru životnost 1100 cyklů mezi opravami a výměnou. Ze stejných důvodů, o nichž se hovořilo dříve, lze však od uhlíkových brzd očekávat 1 500 až 2 000 přistávacích cyklů.
během oprav jsou společnými částmi brzdového systému, které jsou vyměněny, obložení a disky. Technici údržby mohou při práci na nových brzdách často konzultovat pokyny výrobce pro správné postupy při vloupání.
náklady na výměnu a opravu leteckých brzd
nákup, výměna a oprava leteckých brzd může být enervačním procesem. Kromě peněžních nákladů může být také časově náročné najít správné části pro skvělý nákup. Náklady na zcela novou jednotku letecké brzdy se mohou lišit v široké škále čísel. Jedním z dobrých příkladů je však Boeing 777. Kompletní 12dílná brzdová sada Boeingu 777 stojí přibližně 100 000 dolarů. Na druhé straně brzdové sady menších letadel stojí výrazně méně.
v roce 2019 se odhadovalo, že celková poptávka MRO (Údržba, opravy a provoz) po letadlových kolech a brzdách činila 2,5 miliardy dolarů. Ukazuje se, že se jedná o trh s vysokou poptávkou. Náklady na opravu brzdy letadla mohou být velmi nepředvídatelné. Závisí to hlavně na součásti brzdového systému, kterou je třeba vyměnit.
cena typického Clevelandského standardního organického nebo kovového brzdového obložení se může snadno pohybovat od 12,25 do 469 USD. Brzdové kotouče od stejného výrobce vám vrátí zpět až 149,75 až 1769 USD. Některé další komponenty, jako jsou nýty, ventily a soupravy reline, mohou také vyžadovat výměnu. Takže je těžké říci, co by člověk měl předem očekávat.
jak fungují nárazové brzdění vodou a ledem?
když letadlo přistane na mokré nebo ledové dráze, neustále vytlačuje vodu z běhounu. Tato stlačovací akce vytváří tlaky vody, které mohou nejen zvednout části pneumatiky z dráhy, ale také snížit množství tření, které může pneumatika vyvinout. Tato akce se nazývá hydroplánování.
hydroplán způsobuje tření mezi pneumatikami a zemí, které může být nízké při vysokých rychlostech a zlepšuje se snižováním rychlosti. Existují tři typy hydroplánování, a to viskózní, dynamické a obrácené hydroplánování gumy.
viskózní hydroplánování je nejčastějším účinkem mokrých drah na brzdný výkon letadla. Vyskytuje se na všech mokrých drahách a je to technický termín používaný k popisu obvyklé kluzkosti nebo mazacího účinku vody. Zatímco viskózní hydroplánování snižuje tření, není na tak nízké úrovni, že kolo nemůže být otočeno krátce po přistání, aby se zahájil protiskluzový systém.
v případě velmi vzácného dynamického hydroplánu se pneumatika zcela zvedne z dráhy a způsobí velmi podstatnou ztrátu tření pneumatiky, která může zabránit roztočení kola. Obrácené gumové hydroplánování, na druhé straně, může nastat vždy, když je uzamčená pneumatika smykem po velmi mokré nebo ledové dráze po dostatečně dlouhou dobu, aby generovala třecí teplo v oblasti stopy.
vylepšení brzdového systému
letecké brzdy již nejsou tak jednoduché, jak bývaly. Kromě základních typů diskutovaných dříve, letadla také zabalit některé vylepšení, které pomáhají zlepšit výkon leteckých brzd. Mezi nejběžnější dostupné patří protiskluzová ochrana, automatická brzda a indikátory teploty brzdy.
Protiskluzová ochrana
při použití leteckých brzd existuje vysoká pravděpodobnost, že se kola letadel začnou klouzat. Aby se tomu zabránilo a aby se udrželo maximální účinné brzdění, je každé kolo vybaveno protiskluzovou ochranou.
protiskluzový ochranný systém používá různé mechanismy k porovnání rychlosti letadla s rychlostí otáčení každého hlavního kola. V případě, kdy je rychlost kola příliš pomalá ve srovnání s rychlostí letadla, je brzda na tomto kole na chvíli uvolněna,aby se zabránilo smyku.
protiskluzové systémy jsou navrženy tak, aby minimalizovaly hydroplánování a potenciální poškození pneumatiky, ke kterému může dojít při zablokování nebo otáčení kola rychlostí, která neodpovídá rychlosti letadla. Protiskluzový také odstraňuje možnost zpětných gumových smyků způsobených uzamčenými koly.
Automatická brzda
automatické brzdové systémy mohou být použity při vzletu, kde poskytují maximální brzdění v případě zamítnutého vzletu. Mohou být také použity během přistání, kde poskytují plánovanou rychlost zpomalení v závislosti na úrovni automatické brzdy zvolené při jediném brzdění. Tyto funkce se kombinují pro optimalizaci využití brzdy s ohledem na požadavek a také pro minimalizaci opotřebení brzdy.
indikátory teploty brzdy
je velmi důležité sledovat vysoké hladiny tepla, které vznikají v důsledku tření v brzdovém systému. Proto má letová paluba synoptickou stránku kola, kde je zobrazena teplota každé brzdové jednotky. Na této synoptické stránce jsou vedle každého kola zobrazeny číselné hodnoty teploty brzdy. Hodnota 0-4,9 je v normálním rozmezí. Pokud hodnota teploty překročí hodnotu 5.0, je pilotům zaslána varovná zpráva.
v případě, že se brzdy příliš zahřejí, existuje šance, že teplo přenesené na kola může způsobit výbuch pneumatik. Aby se tomu zabránilo, po dosažení určité teploty se pojistkové zátky v pneumatikách roztaví. To umožňuje bezpečné uvolnění vzduchu a pomalé vypuštění pneumatik.
požadavky na certifikaci leteckých brzd
mnoho certifikačních požadavků upravuje schválení, výměnu a úpravu leteckých brzd. Obecně se vyžaduje, aby brzdový systém letadla měl schopnost zastavit letadlo při maximální certifikované vzletové hmotnosti s odmítnutým vzletem zahájeným při rozhodovací rychlosti.
certifikační proces musí být proveden se všemi brzdami, které se opotřebují, aby se přiblížily jejich provoznímu limitu(nominálně 10% zbývá na životnost). Také chladič brzdy a kola musí být dostatečně robustní, aby po dobu 5 minut po zastavení letadla nebyl nutný žádný zásah z hlediska hašení požáru nebo umělého chlazení.
další požadavky na certifikaci vyžadují, aby součásti kol, brzd a brzdových systémů byly navrženy tak, aby:
- odolávají všem tlakům a zatížením, aplikovaným samostatně a ve spojení, kterým mohou být vystaveny za všech provozních podmínek, pro které je letoun certifikován.
- umožňuje současné použití funkcí normálního a nouzového brzdění, s výjimkou jiných vhodných konstrukčních opatření k zabránění takové mimořádné události.
- splňují všechny požadavky týkající se požadavků na absorpci energie bez použití sekundárních chladicích zařízení (např. chladicí ventilátory atd.).
nehody související s brzděním
dva hlavní faktory spojené s brzděním, které mohou způsobit nehody nebo havárie letadel, jsou přehřáté brzdy a selhání brzd. Přehřáté brzdy mohou zase způsobit ztrátu brzdného výkonu, požáru a deflaci pneumatik.
jednou z dopravních nehod byla havárie 19místného turbovrtulového letounu Swearingen v roce 1998. Ve studni kola došlo k požáru způsobenému přehřátím brzd. Přehřívání pokračovalo, dokud selhalo levé křídlo letadla, čímž se letadlo stalo nekontrolovatelným.
v současné době jsou indikátory teploty brzd často kontrolovány, aby se zajistilo, že nedochází k přehřátí. V případě přehřátí, pilot někdy ponechá rychlostní stupeň na delší dobu za předpokladu, že to nebude mít vliv na výkon stoupání.
shrnutí
brzdové systémy jsou velmi důležitou součástí letadla. Od dob padáků drogue se brzdy nyní vyvinuly do složitějších vícediskových a elektronicky řízených systémů. A díky materiálovým inovacím jsou nyní odolnější a spolehlivější než kdykoli předtím.
Doporučený Kurz!
