det är fantastiskt nog att flygplan kan flyga. Men att slå tyngdkraften och få flygplan att glida genom himlen räcker inte. Hur får vi dessa enorma metallmassor att röra sig med så hög hastighet för att återgå till viloläge? Detta var den exakta frågan tidiga designers av flygplanet ställdes inför. Även om de flesta av de tidigaste flygplanen inte hade bromssystem har tillvägagångssättet för att utföra denna uppgift förändrats avsevärt genom åren.
jämfört med bromsarna på din bil är flygbromsarna mer komplexa och kommer i en mycket tyngre form. Idag är flygplan utrustade med olika bromssystem inklusive skivbromsar, luftbromsar, tryckbackar och andra typer av bromssystemförbättringar. Men i allmänhet kan dessa bromsar klassificeras i två grupper: luftbromsar och landningsbromsar.
i huvudsak används luftbromsar för att minska flygplanets hastighet i luften. Det är därför de kallas hastighet bromsar samt. Luftbromsar bromsar planet genom att öppna upp på ett sätt som ökar drag utan att väsentligt påverka hissen. De kan också ibland användas för att öka Planets inflygningsvinkel i processen för landning.
tvärtom inkluderar landningsbromsar alla olika bromsar som är involverade i att minska hastigheten på planet när det närmar sig marken och på marken. Eftersom landningsbromsar måste få flygplanet att vila, måste de både minska hissen och öka dragningen. Skivbromsar är de viktigaste komponenterna i landningsbromssystemet. De kommer därför att vara huvudfokus för många avsnitt i denna artikel.
Innehållsförteckning
historia av Flygplansbromsar
de första flygplanen som konstruerades innehöll inga bromssystem. Den uppenbara frågan dyker sedan upp. Om dessa flygplan inte hade bromsar, hur landade de?
intressant nog var piloterna tvungna att förlita sig på några andra faktorer. I stället för bromsar berodde de på flygplanets låga hastighet, mjuka flygfältytor och friktion. Men dessa kunde inte längre räcka eftersom flygplanets vikt och storlek ökade och flygtekniken förbättrades genom åren.
efter första världskriget var de första bromssystemen konstruerade för användning i flygplan. Den första typen av bromsar som används i ett flygplan är drogue fallskärm. En drogue fallskärm är en fallskärm fäst på baksidan av ett plan som utplaceras precis innan landning för att bromsa flygplanet. Drogue fallskärm uppfanns 1912 av en rysk Gleb Kotelnikov. Men de kom inte i full användning inom luftfarten förrän 1937.
en annan typ av flygplansbromsar som fick tidigt tillträde till vanliga plan är luftbromssystem. Men vid den tiden var de mestadels i form av enkla klaffar som manuellt styrdes av en spak i cockpiten. Efter noggrant var skivbromsarna.
skivbromsar utvecklades först i England på 1890-talet men användes tidigare endast i bilar och järnvägspassagerartåg. Det var inte förrän strax före andra världskriget som skivbromsar användes först i luftfarten. Sedan dess har flygplansbromssystem utvecklats från stålbromsar med flera skivor till mer avancerade elektriska bromssystem.
typer av Flygplansbromsar
i luftfart idag använder de flesta flygplan främst skivbromsar. Normalt roterar en skiva i ett skivbromssystem tillsammans med svänghjulsenheten. När bromsarna appliceras motstår en stationär bromsok rotationsrörelsen på denna skiva genom att orsaka friktion mot skivan. Ett skivbromssystems komplexitet och design beror ofta på flygplanets vikt, storlek och landningshastighet. De vanligaste typerna av skivbromsar som används i flygplan är enkla, dubbla och flera skivbromsar.
enkla skivbromsar
en enda skiva är vanligtvis tillräcklig för att bromsa ett litet, lätt flygplan effektivt. Denna skiva är nycklad eller bultad på vart och ett av flygplanets hjul. För att bromsa Planet appliceras friktion på båda sidor av skivan med en icke-roterande bromsok fäst vid landningsutrustningens fläns. Förflyttningen av tjockleken initieras av kolvar inuti den. Dessa kolvar, under hydrauliskt tryck, tvingar bromsbelägg eller foder mot den roterande skivan när bromsen appliceras.
enkla skivbromsar kan antingen vara flytande skivbromsar eller fasta skivbromsar. Den stora skillnaden mellan flytande och fasta skivbromsar är att när en bromsbelägg trycks in i en flytande skivbroms, rör sig bromsok på ett sådant sätt att den motsatta dynan berör skivan. I fasta skivbromsar rör sig kolvarna på båda sidor av skivan samtidigt för att skjuta dynorna mot skivan.
dubbla skivbromsar
i större flygplan kan enkla skivbromsar inte producera en tillräcklig mängd bromsfriktion som behövs för att stoppa eller sakta ner planet. Dubbla skivbromsar används ofta i sådana flygplan. I dubbla skivbromsar är två skivor knappade på hjulet istället för en. Det finns en mittbärare med foder på varje sida som ligger mellan de två skivorna. Varje gång bromsarna appliceras, kommer dessa foder i kontakt med var och en av skivorna.
flera skivbromsar
flera skivbromsar
de största och tyngsta flygplan kräver användning av flera skivbromsar. Dessa typer av bromsar är byggda för tunga ändamål. De används med maskindelar som kraftbromsreglerventiler eller power boost-huvudcylindrar.
bromsar med flera skivor använder sig av en förlängd lagerhållare som liknar en vridmomentrörstyp. Denna bärare är bultad på axelflänsen och ger stöd för de olika bromsdelarna. Dessa delar inkluderar den ringformiga cylindern och kolven, en växling av stål-och koppar-eller bronspläterade skivor, en bakplatta och en svartplatthållare.
lagerhållaren ansluts till statorerna, som är gjorda av stål medan det roterande hjulet har antingen koppar-eller bronspläterade skivor som är nycklade till den. Hela sammansättningen av statorer och rotorer komprimeras när hydrauliskt tryck appliceras på kolven. Slutresultatet är produktionen av en stor mängd värme och friktion som i sin tur minskar hjulets rotationshastighet.
Luftbromsar och Tryckbackar
förutom skivbromsar inkluderar andra vanliga typer av flygplansbromsar luftbromsar och tryckbackar. Som tidigare nämnts används luftbromsar för att öka drag som verkar på ett plan i luften. Genom att öka dragningen används luftbromsar för att minska Planets flyghastighet. De vanligaste typerna av luftbromsar är lyftdumpare och flikar.
Lyftdumpare
Tryckreverterare bromsar planet genom att tillfälligt avleda drivkraften som genereras av flygplanets motor så att den motsätter sig flygplanets framåtgående rörelse. Thrust reversers används ofta när planet redan är på marken. De hjälper till att minska slitage på bromsarna och göra landningsavståndet kortare.
Thrust Reverser
Hur Flygplan Bromsar Arbete?
i det här avsnittet fokuserar vi främst på arbetsprinciperna för skivbromsar—den vanligaste typen av bromsar i moderna flygplan. Som vi nu vet beror skivbromsar på friktionen mellan roterande och stationära skivor inuti bromsarna för att fungera. Skivbromssystem initieras genom ett automatiskt bromssystem eller av piloten som trycker ner en fotpedal.
när bromsen tar emot initieringssignalen flyttar ställdon i bromsen en kolv som klämmer ihop skivan. En friktionskraft genereras härmed i processen som i sin tur minskar hastigheten på hjulets rotation. Under denna process omvandlar friktionen mellan skivorna flygplanets kinetiska energi till värmeenergi.
Flygplansbromsar absorberar en enorm mängd värme som ofta kan överstiga 1800 kcal C. Varje gång bromsarna appliceras upplever skivmaterialet mycket slitage på grund av de överflödiga friktionskrafterna. Efter flera applikationer (hundratals vanligtvis) börjar skivorna bli tunnare. Det är därför de ofta behöver bytas ut efter periodiska underhållsintervall.
vilka material är Flygplansbromsar gjorda av?
under mycket lång tid var majoriteten av flygbromsarna gjorda av stål. Det var inte förrän 1963 som beryllium introducerades som ett flygplansbromsmaterial. Användningen av beryllium kom dock på egen bekostnad. Medan beryllium gav mycket förbättrade termiska egenskaper—vilket är ett viktigt övervägande i flygplansbromsdesign-fanns det också svårigheter att hantera materialet på grund av berylliumoxidens toxiska natur.
idag använder moderna kommersiella flygplan kolbromsar. Kolbromsar blev allmänt accepterade på 1980-talet. och de fungerar i allmänhet bra av många index. Till exempel är kolbromsar gjorda av kolfibrer i en grafitmatris lättare, stabila termiskt, svala snabbare och kan absorbera energi bättre.
tack vare kolens högre specifika värme väger kolbromsar alltid mindre än stålbromsar. Kol har också en lägre termisk expansion, högre termisk chockmotstånd och en högre temperaturgräns som stål. Till skillnad från både stål och beryllium har KOL mer konstant specifik styrka över ett brett temperaturområde. Stål och beryllium uppvisar också typiskt en brant nedgång i specifik styrka vid höga temperaturer som överstiger 650 C.
nyligen skröt Safran Landing Systems att deras Boeing 787s Sepcarb III oxidationsresistenta kolbromsar är 4 gånger lättare än stålbromsar. De hävdade också att bromsarna har 3 gånger mer uthållighet och 2 till 3 gånger högre absorptionskapacitet. Andra tillverkare använder också andra material vid konstruktion av bromsar. Honeywells Cerametalix är till exempel en sintrad kombination av pulverformiga metaller och keramik.
faktorer som beaktas vid konstruktion av bromsar
enkelt uttryckt är den viktigaste faktorn som bestämmer vilken typ av bromssystem som används i ett flygplan flygplanets storlek. Denna faktor definierar sedan vissa parametrar som måste beaktas vid utformningen av bromsarna. Dessa primära designparametrar inkluderar antalet skivor, skivans diameter och skivans material.
ett annat viktigt koncept som dyker upp i flygplansbromsdesign är ett worst case scenario som kallas rejected takeoff (RTO). RTO sker med en maximal Rullhastighet som vanligtvis kallas beslutshastigheten. Vid hastigheter utöver denna besluts hastighet kan en start inte avbrytas säkert utan att flygplanet riskerar att inte kunna stanna före banans slut. Flygplansbromsar är utformade för att absorbera mer energi under sådana omständigheter.
typiskt, innan man utformar ett plan bromssystem, beräknas dess kinetiska energi under RTO. Mängden friktionskraft som krävs för att erövra denna energi bestäms sedan också. För att generera de nödvändiga friktionskrafterna kräver stora kommersiella transportflygplan vanligtvis flera skivor per bromsenhet och bromsar på de flesta, om inte alla, av sina hjul.
A380
till exempel har en A380 22 hjul fördelade på fem landningsställben för att stödja sin massiva vikt. Dessa hjul fördelas på detta sätt:
- 2 näshjul på ett ben under flygplanets näsa;
- 8 vinghjul delas mellan två ben som fälls ut under flygkroppen för att stödja vänster och höger vingar och;
- 12 kroppshjul delade mellan två inombordade landningsställsben under flygkroppen.
sexton av dessa hjul har bromsar (fyra av dem är kroppshjul och näshjulen bromsas inte).
var finns bromsar i ett plan?
olika typer av flygplansbromssystem placeras i olika delar av planet. Idag kan flygplansbromsar alltid hittas i landningsutrustningen, luftbromsar—på vingarna och tryckväxlarna—på motorn. Men det här är mekaniska delar som inte ses eller kontrolleras av piloten under flygningen.
de flesta moderna flygplansbromsar aktiveras från den övre delen av roderpedalerna. Denna typ av bromsar kallas tåbromsar. I tåbromsar är toppen av roderpedalerna ansluten direkt till bromssystemet. Det är dock mycket nödvändigt att applicera tåbromsar vid rätt tidpunkt. Om de appliceras när planet rör sig med hög hastighet på landningsbanan kan detta leda till en våldsam riktningsförändring.
men inte alla plan har tåbromsar. Vissa äldre flygplan är utrustade med hälbromsar. Piloter har svårare att använda denna typ av bromsar. En ännu sällsynt typ av flygplansbromsar är handbromsen. I vissa andra flygplan som Cessna och Mooney måste piloten först applicera tåbromsarna och sedan dra ut en knopp för att låsa bromsarna.
Hur Kontrollerar Piloter Flygplansbromsar?
Flygplansbromssystem är bara mekaniska delar, i vissa fall en kombination av mekaniska och elektroniska delar. Dessa delar måste sättas in och kontrolleras av piloten. Bromsar kan aktiveras antingen manuellt av piloten eller genom att använda automatiska bromsar. Auto bromsar, precis som namnet antyder, är elektroniska system som automatiskt aktiveras när planet närmar sig marken strax före touchdown.
de flesta hjulen i alla moderna flygplan är utrustade med en bromsenhet. Näsan och svanshjulet har dock inga bromsar. I alla typiska flygplan kan piloter styra bromsarna med hjälp av mekaniska eller hydrauliska kopplingar till roderpedalen.
bromsen på höger huvudhjul aktiveras när piloten trycker ner toppen av höger pedal. På samma sätt, när piloten trycker på toppen av vänster roderpedal, aktiverar den bromsen på vänster huvudhjul/hjul.
vissa nya flygplan avskaffar dock användningen av hydraulsystemet och använder el istället för att driva bromsarna. Ett bra exempel på detta tillvägagångssätt är 787 Dreamliner. Att gå med ett elektriskt bromssystem gör det möjligt för konstruktörerna att minska flygplanets vikt avsevärt.
i detta system, när piloterna trycker på bromspedalerna, skickas en elektrisk signal till bromsenheten på hjulet. De elektriskt drivna ställdonen används sedan för att trycka kolbromsskivan mot hjulet. Detta saktar följaktligen ner flygplanet.
Hur Ofta Byts Flygplansbromsar Ut?
på grund av de höga temperaturförändringarna genomgår flygplansbromsar, de måste bytas ut ofta. I allmänhet, efter cirka 1000 till 2000 landningar, tas flygplansbromsar för underhållskontroll. Varje bromssystem har en stift placerad inuti bromsen. Denna stift är i huvudsak en indikator som hjälper till att upptäcka den slitage som bromsen har upplevt.
frekvensen för bromsbyte i flygplan beror också till stor del på typen av bromsmaterial. I genomsnitt har stålbromsar en livslängd på 1100 cykler mellan reparationer och byte. Man kan dock förvänta sig mellan 1 500 och 2 000 landningscykler från kolbromsar av samma skäl som diskuterats tidigare.
under reparationer är de vanliga delarna av bromssystemet som byts ut foder och skivor. Underhållsingenjörer kan ofta konsultera tillverkarens manual för korrekt inbrottsprocedurer när de arbetar med nya bromsar.
kostnad för att byta ut och reparera Flygplansbromsar
Inköp, byte och reparation av flygplansbromsar kan vara en enerverande process. Förutom den monetära kostnaden kan det vara tidskrävande att hitta rätt delar för att göra ett bra köp. Kostnaden för en helt ny enhet av flygplansbroms kan variera över ett brett spektrum av siffror. Ett bra exempel är dock Boeing 777. En komplett 12-bitars bromsuppsättning av en Boeing 777 kostar cirka 100 000 dollar. Å andra sidan kostar bromsuppsättningar av mindre flygplan betydligt mindre.
år 2019 uppskattades att den totala efterfrågan på MRO (underhåll, reparation och drift) på flygplanshjul och bromsar var 2,5 miljarder dollar. Det visar att detta är en marknad med hög efterfrågan. Kostnaden för att reparera din flygplansbroms kan vara mycket oförutsägbar. Det beror främst på komponenten i bromssystemet som behöver bytas ut.
priset på en typisk Cleveland standard organisk eller metallisk bromsbelägg kan enkelt sträcka sig från $12.25 till $469. Bromsskivor från samma tillverkare kommer att ställa dig tillbaka så mycket som $149.75 till $1769. Vissa andra komponenter som nitar, ventiler och relinesatser kan också behöva bytas ut. Så det är svårt att berätta vad man bör förvänta sig i förväg.
hur påverkar vatten och is bromsprestanda?
när ett plan landar på en våt eller isig bana, pressar det ständigt vattnet från slitbanan. Denna klämverkan genererar vattentryck som inte bara kan lyfta delar av däcket från banan utan också minska mängden friktion som däcket kan utvecklas. Denna åtgärd kallas hydroplanering.
Hydroplaning orsakar friktion mellan däck och mark som kan vara låg vid höga hastigheter och förbättras när hastigheten minskar. Det finns tre typer av hydroplanering, nämligen viskös, dynamisk och återställd gummihydroplanering.
viskös hydroplanering är den vanligaste effekten våta landningsbanor har på flygplanets bromsprestanda. Det förekommer på alla våta landningsbanor och är en teknisk term som används för att beskriva vattnets vanliga slipperiness eller smörjande verkan. Medan viskös hydroplanering minskar friktionen, är det inte så lågt att hjulet inte kan spinnas upp strax efter touchdown för att initiera antislipningssystemet.
i händelse av en mycket sällsynt dynamisk hydroplanering lyfter däcket helt från landningsbanan och orsakar en mycket betydande förlust av däckfriktion som kan förhindra en hjulspinnning. Återställd gummihydroplanering kan å andra sidan inträffa när ett låst däck glider längs en mycket våt eller isig bana under en tid som är tillräckligt lång för att generera friktionsvärme i fotavtrycksområdet.
Bromssystemförbättringar
Flygplansbromsar är inte längre så enkla som de brukade vara. Bortsett från de grundläggande typerna som diskuterats tidigare, packar flygplan också några förbättringar som hjälper till att förbättra prestandan hos flygplansbromsar. De vanligaste tillgängliga inkluderar halkskydd, automatisk broms och bromstemperaturindikatorer.
halkskydd
när flygplansbromsar används är det hög sannolikhet att flygplanens hjul kan börja glida. För att förhindra att detta händer och för att bibehålla maximal effektiv bromsning är varje hjul utrustat med halkskydd.
ett halkskyddssystem använder olika mekanismer för att jämföra flygplanets hastighet med rotationshastigheten för varje huvudhjul. I ett fall där ett hjuls hastighet är för långsam i jämförelse med flygplanets hastighet släpps bromsen på det hjulet ett tag för att förhindra glidning.
halkskyddssystem är utformade för att minimera hydroplanering och eventuella däckskador som kan uppstå när ett hjul är låst eller roterar med en hastighet som inte motsvarar flygplanets hastighet. Anti-skid tar också bort möjligheten att återgå gummi medar orsakade av låsta hjul.
autobroms
Autobromssystem kan användas vid start där de ger maximal bromsning vid avvisad start. De kan också användas vid landning där de ger en schemalagd retardationshastighet beroende på den automatiska bromsnivån som valts i en enda bromsapplikation. Dessa funktioner kombineras för att optimera bromsanvändningen med avseende på kravet och även för att minimera bromsslitage.
Bromstemperaturindikatorer
det är mycket viktigt att övervaka de höga värmenivåer som genereras till följd av friktionen i bromssystemet. Därför har flygdäcket en hjulsynoptisk sida där temperaturen på varje bromsenhet visas. På denna synoptiska sida visas numeriska värden för bromsens temperatur bredvid varje hjul. Ett värde på 0 – 4,9 ligger i det normala intervallet. När en temperaturavläsning överstiger 5,0 skickas ett varningsmeddelande till piloterna.
om bromsarna blir för heta finns det en chans att värmen som överförs till hjulen kan få däcken att explodera. För att förhindra att detta händer, när en viss temperatur uppnås smälter säkringspluggarna i däcken. Detta gör att luften kan släppas säkert och sakta tömmer däcken.
certifieringskrav för Flygplansbromsar
många certifieringskrav reglerar godkännande, utbyte och modifiering av flygplansbromsar. I allmänhet krävs det att ett luftfartygs bromssystem måste kunna stoppa luftfartyget med maximal certifierad startvikt med den avvisade start som initierats vid beslutets hastighet.
certifieringsprocessen måste göras med alla bromsar som bärs nära deras servicegräns (nominellt 10% kvar på livslängden). Broms-och hjulets kylfläns måste också vara tillräckligt robust för att inget ingripande när det gäller brandbekämpning eller konstgjord kylning krävs i 5 minuter efter att flygplanet har stoppats.
andra certifieringskrav kräver att komponenterna i hjulen, bromsarna och bromssystemen ska utformas för att:
- tåla alla tryck och belastningar, applicerade separat och i kombination, som de kan utsättas för under alla driftsförhållanden för vilka flygplanet är certifierat.
- för samtidig användning av normal-och nödbromsfunktioner, förutom att andra lämpliga konstruktionsåtgärder har vidtagits för att förhindra en sådan beredskap.
- uppfyller alla krav som gäller energiabsorptionskrav utan att använda sekundära kylanordningar (t.ex. kylfläktar etc.).
Bromsrelaterade olyckor
de två huvudfaktorerna i samband med bromsning som kan orsaka flygolyckor eller kraschar är överhettade bromsar och bromsfel. Överhettade bromsar kan i sin tur orsaka förlust av bromsprestanda, Brand och däckdeflation.
en bromsrelaterad olycka var kraschen av en 19-sits turboprop Swearingen Aircraft-flygplan 1998. Det var en brand i hjulbrunnen orsakad av överhettning av bromsarna. Överhettningen fortsatte tills Planets vänstra vinge misslyckades med att göra flygplanet okontrollerbart.
numera kontrolleras temperaturindikatorer för bromsar ofta för att säkerställa att det inte finns någon överhettning. Vid överhettning lämnar piloten ibland växeln under en längre period förutsatt att detta inte påverkar klättringsprestanda.
sammanfattning
bromssystem är en mycket viktig del av ett flygplan. Från dagarna med drogue fallskärmar har bromsar nu utvecklats till mer komplexa multi-disc och elektroniskt styrda system. Och tack vare materialinnovation är de nu mer hållbara och pålitliga än någonsin tidigare.
Rekommenderad Kurs!
