22个轮胎在跑道上高温摩擦浓烟滚滚,400吨的空客A380落地刹车都冒烟了。客机刹车需要用发动机反推、扰流板和机轮刹车共同来完成的。满载的A380着陆时有1700兆焦的动能,相当于把200吨重物举高400米,如果客机按照汽车一样刹车,将是一场悲剧。
客机越来越大,越来越重,比如A380空重277吨,最大起飞重量575吨,加上落地是有一定的速度,如此庞然大物刹停真不是简单的事情。战斗机还好机身重量轻,还有减速伞。但是客机体型庞大如果用巨大的减速伞,控制复杂安全隐患大,并且打开还要整理降低机场效率。
螺旋桨飞机降落时其实不是反转螺旋桨,而是调整桨叶的角度,也就是通过改变螺旋桨桨叶的角度把飞机的动力方向改变。电风扇扇叶的角度是固定的,但是螺旋桨是可以变的。飞机螺旋桨是向后吹风的,落地后会改成顺桨,就是螺旋桨转向和风向变得相同,这样就没有任何动力了,而反桨正好相反。
喷气式客机降落时会利用发动机反推刹车,也就是把客机引擎排出的燃气转折一定角度向斜前方排出,而不是向后排出,这样产生与飞机运动方向相反的合成推力,客机速度就会减慢。如图6就是美国的机C-17运输机,最大起飞重量275吨,用了4台普惠的PW2040涡轮风扇发动机,推力高达170.69kN,反推推力极大,飞行员甚至可以用反推来倒车。
飞机轮胎的刹车系统才是让飞机停下来的关键。飞机和汽车的刹车原理一样,但耐热性能要更好!比如空客A380飞机的刹车系统,在刹车的瞬间温度高达500度,急刹时会产生1000℃以上的高温,所以刹车片的材料要能承受高温、高应力、高热冲击的考验。
飞机上百吨的重量,普通刹车片根本刹不住,所以要用很多特制刹车片,如图7所示。利用液压系统将动片与静片挤在一起产生制动效果,上千度的高温必须要尽快散热,所以飞机要用碳刹车盘,碳陶刹车盘就是用碳纤维增强碳化硅基复合材料造的。
碳陶刹车盘基本材料有碳化硅、硅和石墨。碳纤维材料提供机械强度和断裂韧性,碳化硅用来提高硬度,硅和石墨用来改变摩擦系数。因为成本很高,所以一般用在高档跑车、高铁和飞机上。当刹车盘的磨损达到一定标准时就需要及时更换。
气动刹车装置主要用的就是扰流板,机翼和机身上有减速板和扰流板,在刹车时向外张开,增大空气阻力以降低飞机的速度。其实扰流板主要不是增加阻力的作用,而是破坏上机翼面的形状,减少机翼产生的升力来增加轮胎压力,战斗机的减速板一般在机背上。
飞机刹车有没有ABS防抱死系统呢?其实飞机上一般叫作防滞刹车,就是将刹车压力调整到最优防止出现拖胎现象,通过机载电脑控制输出压力防止轮胎打滑。由轮速传感器、防滞控制盒、液压作动机构组成。液压控制机构根据控制指令决定是否释放供向机轮的刹车压力,从而保证轮子在刹车过程中不被刹死。
除了以上的刹车方式以外,战斗机、没有反推装置的轰炸机、特种飞机是需要减速伞来刹车制动的。如果是舰载机在航母上急停,则需要用到减速钩和阻拦索进行刹车。不同的战机刹车方式都不同,比如苏-27和台风战机配有减速伞和减速板,F-15有减速板和尾钩,苏-33战斗机有减速板和尾钩。
通过扰流板、发动机反推装置和机轮刹车共同作用让沉重的客机停下来,客机降落能量的70%都消耗在机轮刹车上了,减速板占20%左右,反推占10%左右,减速板和反推只在高速滑跑中起作用,速度低于150km/h时基本就没用了,所以主要看是看轮刹。
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