det er forbløffende nok, at fly kan flyve. Men at slå tyngdekraften og få fly til at glide gennem himlen er ikke nok. Hvordan får vi disse enorme bulks af metal, der bevæger sig med så høj hastighed for at vende tilbage til en hvilestilstand? Dette var det nøjagtige spørgsmål, som tidlige designere af flyet stod overfor. Selvom de fleste af de tidligste fly ikke havde bremsesystemer, har tilgangen til at udføre denne opgave ændret sig betydeligt gennem årene.
sammenlignet med bremserne på din bil er flybremser mere komplekse og kommer i en meget tungere form. I dag er fly udstyret med forskellige bremsesystemer, herunder skivebremser, luftbremser, trykomskiftere og andre typer bremsesystemforbedringer. Generelt kan disse bremser imidlertid klassificeres i to grupper: luftbremser og landingsbremser.
i det væsentlige bruges luftbremser til at reducere flyets hastighed i luften. Derfor kaldes de også hastighedsbremser. Luftbremser bremser flyet ved at åbne op på en måde, der øger træk uden at påvirke løftet væsentligt. De kan også nogle gange bruges til at øge flyets indfaldsvinkel i processen med landing.
tværtimod omfatter landingsbremser alle de forskellige bremser, der er involveret i at reducere flyets hastighed, når det nærmer sig Jorden og på jorden. Fordi landingsbremser skal bringe flyet til hvile, skal de både reducere løft og øge træk. Skivebremser er de vigtigste komponenter i landingsbremsesystemet. De vil derfor være hovedfokus for mange afsnit i denne artikel.
Indholdsfortegnelse
historie af Flybremser
de første fly, der blev designet, omfattede ikke bremsesystemer. Det åbenlyse spørgsmål dukker derefter op. Hvis disse fly ikke havde bremser, hvordan landede de?
interessant nok måtte piloter derefter stole på nogle andre faktorer. I stedet for bremser var de afhængige af flyets lave hastighed, bløde flyveflader og friktion. Men disse kunne ikke længere være tilstrækkelige, da flyets vægt og størrelse steg, og luftfartsteknologierne blev forbedret gennem årene.
efter Første Verdenskrig blev de første bremsesystemer designet til brug i fly. Den første type bremser, der bruges i et fly, er drogue-faldskærmen. En drogue faldskærm er en faldskærm fastgjort til bagsiden af et fly, der er indsat lige før landing for at bremse flyet. Drogue-faldskærmen blev opfundet i 1912 af en russisk Gleb Kotelnikov. Men de kom ikke i fuld brug i luftfart indtil 1937.
en anden type flybremser, der modtog tidlig adgang til fælles fly, er luftbremsesystemer. På det tidspunkt var de imidlertid for det meste i form af enkle klapper manuelt styret af en håndtag i cockpiten. Efter nøje var skivebremserne.
skivebremser blev først udviklet i England i 1890 ‘ erne, men blev tidligere kun brugt i biler og jernbanepassagertog. Det var først lige før Anden Verdenskrig, at skivebremser først blev brugt i luftfart. Siden da har flybremsesystemer udviklet sig fra multi-disk stålbremser til mere avancerede elektriske bremsesystemer.
typer af fly bremser
i luftfart i dag bruger de fleste fly primært skivebremser. Normalt roterer en skive i et skivebremsesystem sammen med drejehjulet. Når bremserne påføres, modstår en stationær tykkelse rotationsbevægelsen af denne skive ved at forårsage friktion mod disken. Et skivebremsesystems kompleksitet og design afhænger ofte af flyets vægt, størrelse og landingshastighed. De mest almindelige typer skivebremser, der bruges i fly, er enkelt -, dobbelt-og flere skivebremser.
enkelt skivebremser
en enkelt skive er typisk tilstrækkelig til at bremse et lille, let fly effektivt. Denne disk er indtastet eller boltet til hvert af flyets hjul. For at bremse flyet påføres friktion på begge sider af disken ved hjælp af en ikke-roterende tykkelse fastgjort til landingsudstyrets flange. Kaliperens bevægelse initieres af stempler inde i den. Disse stempler, under hydraulisk tryk, tvinger bremseklodserne eller foringerne mod den roterende skive, når bremsen påføres.
enkeltskivebremser kan enten være flydende skivebremser eller faste skivebremser. Den største forskel mellem flydende og faste skivebremser er, at når en bremseklods skubbes i en flydende skivebremse, bevæger tykkelsen sig på en sådan måde, at den modsatte pude berører disken. I faste skivebremser bevæger stemplerne i begge sider af disken sig imidlertid samtidigt for at skubbe puderne mod disken.
Dobbelt skivebremser
i større fly kan enkeltskivebremser ikke producere en tilstrækkelig mængde bremsefriktion, der er nødvendig for at stoppe eller bremse flyet. Dobbelt skivebremser bruges ofte i sådanne fly. I dobbelt skivebremser er to skiver indtastet til hjulet i stedet for en. Der er en centerholder med foringer på hver side placeret mellem de to diske. Hver gang bremserne påføres, kommer disse foringer i kontakt med hver af skiverne.
flere skivebremser
flere skivebremser
det største og tungeste fly kræver brug af flere skivebremser. Disse typer bremser er bygget til tunge formål. De bruges sammen med maskindele som kraftbremsestyringsventiler eller strømforstærkende mastercylindre.
multi-skivebremser gør brug af en udvidet lejebærer, der ligner en momentrør-type enhed. Denne bærer er boltet til akselflangen og giver støtte til de forskellige bremsedele. Disse dele omfatter den ringformede cylinder og stempel, en veksel af stål og kobber eller bronsbelagte skiver, en bagplade og en sortpladeholder.
lejeholderen forbinder til statorerne, som er lavet af stål, mens det roterende hjul har enten kobber-eller bronsbelagte skiver, der er indtastet til det. Hele samlingen af statorer og rotorer komprimeres, når der påføres hydraulisk tryk på stemplet. Slutresultatet er produktionen af en stor mængde varme og friktion, hvilket igen reducerer hjulets rotationshastighed.
Luftbremser og Trykomskiftere
bortset fra skivebremser inkluderer andre almindelige typer flybremser luftbremser og trykomskiftere. Som tidligere nævnt bruges luftbremser til at øge træk, der virker på et fly midt i luften. Ved at øge træk bruges luftbremser til at reducere flyets lufthastighed. De mest almindelige typer af luft bremser er lift dumpere og klapper.
løft dumpere
Trykomvendere bremser flyet ved midlertidigt at omdirigere det tryk, der genereres af flyets motor, så det modsætter sig flyets fremadgående bevægelse. Thrust reversere bruges ofte, når flyet allerede er på jorden. De hjælper med at reducere slid på bremserne og gøre landingsafstanden kortere.
Thrust Reverser
Hvordan Fungerer Flybremser?
i dette afsnit fokuserer vi primært på arbejdsprincipperne for skivebremser—den mest almindelige type bremser i moderne fly. Som vi nu ved, afhænger skivebremser af friktionen mellem roterende og stationære skiver inde i bremserne for at fungere. Skivebremsesystemer startes gennem et automatisk bremsesystem eller ved, at piloten trykker på en fodpedal.
når bremsen modtager startsignalet, bevæger aktuatorerne i bremsen et stempel, der klemmer skiven sammen. Der genereres herved en friktionskraft i processen, som igen reducerer hastigheden af hjulets rotation. Under denne proces konverterer friktionen mellem skiverne flyets kinetiske energi til varmeenergi.
Flybremser absorberer en enorm mængde varme, der ofte kan overstige 1800 liter C. Hver gang bremserne påføres, oplever skivematerialet meget slid på grund af de involverede overskydende friktionskræfter. Efter flere applikationer (hundreder typisk) begynder diskene at blive tyndere. Derfor kræver de ofte udskiftning efter periodiske vedligeholdelsesintervaller.
hvilke materialer er Flybremser lavet af?
i meget lang tid var størstedelen af flybremserne lavet af stål. Det var først i 1963, at beryllium blev introduceret som et flybremsemateriale. Brugen af beryllium kom imidlertid for egen regning. Mens beryllium leverede stærkt forbedrede termiske egenskaber—hvilket er en vigtig overvejelse i flybremsedesign-var der også vanskeligheder med at håndtere materialet på grund af den giftige natur af beryllium.
i dag bruger moderne kommercielle fly kulstofbremser. Kulstofbremser blev bredt accepteret i 1980 ‘ erne.og de fungerer generelt godt af mange indekser. For eksempel er kulstofbremser fremstillet af kulfibre i en grafitmatrice lettere, mere stabile termisk, afkøles hurtigere og kan absorbere energi bedre.
takket være carbon ‘ s højere specifikke varme vejer kulstofbremser altid mindre end stålbremser. Kulstof har også en lavere termisk ekspansion, højere termisk stødmodstand og en højere temperaturgrænse end stål. I modsætning til både stål og beryllium har kulstof mere konstant specifik styrke over en lang række temperaturer. Stål og beryllium udviser typisk også et kraftigt fald i specifik styrke ved høje temperaturer på over 650 liter C.
for nylig pralede Safran Landing Systems med, at deres Boeing 787s’ Sepcarb III iltningsbestandige kulstofbremser er 4 gange lettere end stålbremser. De hævdede også, at bremserne har 3 gange mere udholdenhed og 2 til 3 gange højere absorptionskapacitet. Andre producenter anvender også andre materialer ved konstruktion af bremser. For eksempel er Cerametalis en sintret kombination af pulveriserede metaller og keramik.
faktorer, der tages i betragtning ved konstruktion af bremser
kort sagt, den vigtigste faktor, der bestemmer typen af bremsesystem, der anvendes i et fly, er flyets størrelse. Denne faktor definerer derefter visse parametre, der skal tages i betragtning ved design af bremserne. Disse primære designparametre omfatter antallet af diske, diskens diameter og diskens materiale.
et andet vigtigt koncept, der dukker op i flybremsedesign, er et værst tænkeligt scenario kaldet afvist start (RTO). RTO forekommer med en maksimal rullehastighed, der ofte kaldes beslutningshastigheden. Ved hastigheder ud over denne beslutningshastighed kan en start ikke afbrydes sikkert uden at sætte flyet i betydelig risiko for ikke at kunne stoppe inden banens afslutning. Flybremser er designet til at absorbere mere energi under sådanne omstændigheder.
typisk beregnes dets kinetiske energi under RTO inden design af et flys bremsesystem. Mængden af friktionskraft, der kræves for at erobre denne energi, bestemmes derefter også. For at generere de nødvendige friktionskræfter kræver store kommercielle transportfly typisk flere skiver pr.
A380
for eksempel har en A380 22 hjul fordelt på fem landingsudstyrsben for at understøtte sin massive vægt. Disse hjul er fordelt på denne måde:
- 2 næsehjul på et ben under flyets næse;
- 8 vingehjul delt mellem to ben, der foldes ud under skroget for at understøtte venstre og højre vinger og;
- 12 kropshjul delt mellem to indenbords landingsudstyr ben under skroget.
seksten af disse hjul har bremser (fire af dem er kropshjul og næsehjulene er ikke bremset).
hvor er bremser placeret i et fly?
forskellige typer flybremsesystemer er placeret i forskellige dele af flyet. I dag kan flyskivebremser altid findes i landingsudstyret, luftbremser—på vingerne og trykomskiftere—på motoren. Men disse er mekaniske dele, der ikke ses eller styres af piloten under flyvningen.
de fleste moderne flybremser aktiveres fra den øverste del af rorpedalerne. Denne type bremser kaldes tåbremser. I tåbremser er toppen af rorpedalerne forbundet direkte til bremsesystemet. Det er dog meget nødvendigt at anvende tåbremser på det rigtige tidspunkt. Hvis de anvendes, når flyet bevæger sig med høj hastighed på landingsbanen, kan dette resultere i en voldsom retningsændring.
men ikke alle fly har tåbremser. Nogle ældre fly er udstyret med hælbremser. Piloter finder det vanskeligere at anvende denne type bremser. En endnu sjældnere type flybremser er håndbremsen. I nogle andre fly som Cessna og Mooney skal piloten først anvende tåbremserne og derefter trække en knap ud for at låse bremserne.
Hvordan Styrer Piloter Flybremser?
Flybremsesystemer er blot mekaniske dele, i nogle tilfælde en kombination af mekaniske og elektroniske dele. Disse dele skal indsættes og kontrolleres af piloten. Bremser kan aktiveres enten manuelt af piloten eller ved hjælp af auto bremser. Auto bremser, ligesom navnet antyder, er elektroniske systemer, der automatisk aktiveres, når flyet nærmer sig Jorden lige før nedtrapning.
de fleste af hjulene på ethvert moderne fly er udstyret med en bremseenhed. Næsen og halehjulet har dog ikke bremser. I ethvert typisk fly kan piloter styre bremserne ved hjælp af de mekaniske eller hydrauliske forbindelser til rorpedalen.
bremsen på højre hovedhjul(er) aktiveres, når piloten trykker på toppen af højre pedal. På samme måde, når piloten skubber toppen af venstre rorpedal, aktiverer den bremsen på venstre hovedhjul/hjul.
nogle nye fly fjerner dog brugen af det hydrauliske system og anvender elektricitet i stedet for at drive bremserne. Et godt eksempel på denne tilgang er 787 Dreamliner. At gå med et elektrisk bremsesystem gør det muligt for designerne at skære ned på flyets vægt betydeligt.
i dette system, når piloterne trykker på bremsepedalerne, sendes et elektrisk signal til bremsenheden på hjulet. De elektrisk drevne aktuatorer bruges derefter til at trykke kulstofbremseskiven mod hjulet. Dette bremser derfor flyet ned.
Hvor Ofte Udskiftes Flybremser?
på grund af de høje niveauer af temperaturændringer fly bremser gennemgå, skal de udskiftes hyppigt. 1000 til 2000 landinger tages flybremser til en vedligeholdelseskontrol. Hvert bremsesystem har en stift placeret inde i bremsen. Denne Stift er i det væsentlige en indikator, der hjælper med at registrere det slidniveau, som bremsen har oplevet.
hyppigheden af udskiftning af bremser i fly afhænger også stort set af typen af bremsemateriale. I gennemsnit har stålbremser en levetid på 1.100 cyklusser mellem reparationer og udskiftning. Man kan dog forvente mellem 1.500 og 2.000 landingscyklusser fra kulstofbremser af de samme grunde, der blev diskuteret tidligere.
under reparationer er de almindelige dele af bremsesystemet, der udskiftes, foringerne og skiverne. Vedligeholdelsesingeniører kan ofte konsultere producentens manual for korrekte indbrudsprocedurer, når de arbejder på nye bremser.
omkostninger til udskiftning og reparation af Flybremser
indkøb, Udskiftning og reparation af flybremser kan være en enervating proces. Bortset fra de monetære omkostninger kan det også være tidskrævende at finde de rigtige dele til at foretage et godt køb. Omkostningerne ved en helt ny enhed af flybremse kan variere over en lang række tal. Et godt eksempel er Boeing 777. Et komplet 12-delt bremsesæt af en Boeing 777 koster cirka $100.000. På den anden side koster bremsesæt af mindre fly betydeligt mindre.
i 2019 blev det anslået, at den samlede MRO (vedligeholdelse, reparation og drift) efterspørgsel efter flyhjul og bremser var 2,5 milliarder dollars. Det viser, at dette er et marked med stor efterspørgsel. Omkostningerne ved reparation af din flybremse kan være meget uforudsigelige. Det afhænger hovedsageligt af den komponent i bremsesystemet, der skal udskiftes.
prisen på en typisk Cleveland standard organisk eller metallisk bremsebelægning kan let variere fra $12, 25 til $469. Bremseskiver fra samme producent sætter dig tilbage så meget som $149,75 til $1769. Nogle andre komponenter som nitter, ventiler og relinesæt kan også have brug for udskiftninger. Så det er svært at fortælle, hvad man bør forvente på forhånd.
Hvordan påvirker vand og is bremseevne?
når et fly lander på en våd eller iskold bane, klemmer det konstant vandet fra slidbanen. Denne klemme handling genererer vandtryk, som ikke kun kan løfte dele af dækket fra landingsbanen, men også reducere mængden af friktion dækket kan udvikle. Denne handling kaldes hydroplaning.
Hydroplaning forårsager friktion mellem dæk og jord, som kan være lav ved høje hastigheder og forbedres, når hastigheden reduceres. Der er tre typer hydroplanering, nemlig viskøs, dynamisk og omvendt gummihydroplanering.
viskøs hydroplanering er den mest almindelige effekt, våde landingsbaner har på flyets bremseevne. Det forekommer på alle våde landingsbaner og er et teknisk udtryk, der bruges til at beskrive vandets sædvanlige glathed eller smørende virkning. Mens viskøs hydroplanering reducerer friktionen, er det ikke til et så lavt niveau, at hjulet ikke kan spindes op kort efter nedtrapning for at starte anti-skid-systemet.
i tilfælde af en meget sjælden dynamisk hydroplanering løfter dækket helt ud af landingsbanen og forårsager et meget betydeligt tab af dækfriktion, der kan forhindre en hjulspinning. Omvendt gummihydroplanering kan derimod forekomme, når et låst dæk glider langs en meget våd eller iskold bane i en tid, der er lang nok til at generere friktionsvarme i fodaftryksområdet.
forbedringer af bremsesystemet
flybremser er ikke længere så enkle, som de plejede at være. Bortset fra de grundlæggende typer, der er diskuteret tidligere, pakker fly også nogle forbedringer, der hjælper med at forbedre ydeevnen for flybremser. De mest almindelige tilgængelige omfatter anti-skid beskyttelse, auto bremse og bremse temperaturindikatorer.
skridsikring
når flybremser anvendes, er der stor sandsynlighed for, at flyets hjul kan begynde at glide. For at forhindre dette og for at opretholde maksimal effektiv bremsning er hvert hjul udstyret med skridsikker beskyttelse.
et anti-skid beskyttelsessystem bruger forskellige mekanismer til at sammenligne flyets hastighed med rotationshastigheden for hvert hovedhjul. I et tilfælde, hvor et hjuls hastighed er for langsom i sammenligning med flyets hastighed, frigøres bremsen på dette hjul et stykke tid for at forhindre glidning.
skridsikre systemer er designet til at minimere hydroplaning og den potentielle dækskade, der kan opstå, når et hjul er låst eller roterer med en hastighed, der ikke svarer til flyets hastighed. Anti-skid fjerner også muligheden for tilbageførte gummiløb forårsaget af låste hjul.
Autobremse
Autobremsesystemer kan anvendes ved start, hvor de giver maksimal bremsning i tilfælde af afvist start. De kan også bruges under landing, hvor de giver en planlagt decelerationshastighed afhængigt af det automatiske bremseniveau, der er valgt i en enkelt bremseapplikation. Disse funktioner kombineres for at optimere bremsebrug med hensyn til kravet og også for at minimere bremseslitage.
Bremsetemperaturindikatorer
det er meget vigtigt at overvåge de høje varmeniveauer, der genereres som følge af friktionen i bremsesystemet. Flydækket har derfor en hjulsynoptisk side, hvor temperaturen på hver bremseenhed vises. På denne synoptiske side vises numeriske værdier for bremsens temperatur ved siden af hvert hjul. En værdi på 0 – 4,9 er i det normale interval. Når en temperaturaflæsning overstiger 5,0, sendes en advarselsmeddelelse til piloterne.
i tilfælde af, at bremserne bliver for varme, er der en chance for, at varmen, der overføres til hjulene, kan få dækkene til at eksplodere. For at stoppe dette sker, når en bestemt temperatur er nået, smelter sikringsstik i dækkene. Dette gør det muligt at frigive luften sikkert og langsomt tømme dækkene.
krav til certificering af Flybremser
mange certificeringskrav regulerer godkendelse, udskiftning og ændring af flybremser. Generelt kræves det, at et luftfartøjs bremsesystem skal have evnen til at stoppe flyet ved maksimal certificeret startvægt med den afviste start indledt ved beslutningshastighed.
certificeringsprocessen skal udføres med alle bremser slidt til nær deres servicegrænse (nominelt 10% tilbage på levetiden). Også bremse-og hjulkølelegemet skal være robust nok til, at der ikke kræves indgreb med hensyn til brandbekæmpelse eller kunstig afkøling i 5 minutter efter, at flyet er stoppet.
andre certificeringskrav kræver, at komponenterne i hjul, bremser og bremsesystemer skal konstrueres til:
- modstå alle tryk og belastninger, der anvendes separat og i forbindelse, som de kan blive udsat for under alle driftsforhold, for hvilke flyet er certificeret.
- imødekommer samtidige anvendelser af normale funktioner og nødbremsefunktioner, bortset fra at der er truffet andre passende konstruktionsforanstaltninger for at forhindre en sådan beredskab.
- opfylder alle krav til energiabsorptionskrav uden brug af sekundære køleanordninger (f.eks. køleventilatorer osv.).
Bremserelaterede ulykker
de to vigtigste faktorer forbundet med bremsning, der kan forårsage flyulykker eller nedbrud, er overophedede bremser og bremsesvigt. Overophedede bremser kan igen medføre tab af bremseevne, Brand og dækdeflation.
en bremserelateret ulykke var styrtet af en 19-sæders turboprop-flyvemaskine i 1998. Der var en brand i hjulbrønden forårsaget af overophedning af bremserne. Overophedningen fortsatte, indtil flyets venstre fløj mislykkedes, hvilket gjorde flyet ukontrollerbart.
i dag kontrolleres temperaturindikatorer for bremser ofte for at sikre, at der ikke er overophedning. I tilfælde af overophedning forlader piloten undertiden gearet i en længere periode, forudsat at dette ikke vil have indflydelse på klatreydelsen.
Resume
bremsesystemer er en meget vigtig del af et fly. Fra de dage af drogue faldskærme, bremser har nu udviklet sig til mere komplekse multi-disc og elektronisk styrede systemer. Og takket være materiel innovation er de nu mere holdbare og pålidelige end nogensinde før.
Anbefalet Kursus!
