商用飞机轮胎如何承受150英里/小时跑道接触与20吨重量而不爆胎

一架波音777的主起落架轮胎可承载超过50,000磅（22,680公斤）的重量，工作胎压为200 PSI，并在触地瞬间从静止加速到170英里/小时（274公里/小时）。在需要翻胎之前，它大约要经历200次起降，而同一条胎体在退役前最多可翻胎七次。支撑这一性能的工程技术融入轮胎的每一层结构中，从承载载荷的尼龙和芳纶帘布层，到将轮胎锁定在轮辋上的钢丝圈束。

飞机轮胎的运行条件远超任何汽车轮胎的设计承受范围：超高的胎压、从巡航高度零下40°F（-40°C）到着陆时接地面超过400°F（204°C）的剧烈温差，以及重着陆时能把轮胎压扁到原高度45%的冲击载荷。下面来看看它们是怎么造的、为何充气压力是汽车轮胎的六倍，以及航空公司如何让它们在数千次起降中始终保持良好状态。

轮胎在触地时会发生什么？

当商用飞机触地时，其轮胎在几分之一秒内从静止加速到约150-170英里/小时（241-274公里/小时）。轮胎在触地前根本不转。与已经以路面速度旋转的汽车轮胎不同，飞机轮胎在飞行过程中静止于轮舱内，以飞机当时的飞行速度直接砸上跑道表面。刚接触的那一瞬间是滑行而不是滚动，轮胎在路面上滑动，直到摩擦力把它加速到飞机的地面速度。大多数商业航班着陆时可见的那团烟雾，就是那段滑行过程中胎面橡胶汽化冒出来的。

每个轮胎触地时承受的重量取决于机型、着陆重量和下降速度。一架波音777-300ER以最大着陆重量着陆时，12个主起落架轮胎每个承受约50,000-55,000磅（22,680-24,948公斤）的载荷。正常载荷下轮胎变形量能达到35%，在重着陆的冲击载荷下变形可达45%。这种变形是故意设计出来的。轮胎的设计思路就是通过压缩来吸收能量，而不是硬扛，胎侧向内弯曲，把着陆的力分散到接地面。要是轮胎是刚性的，全部冲击力就会直接传到起落架结构和机身上。

在轮胎起转过程中，轮胎与地面接触点的温度在轮胎转速稳定、打滑阶段结束之前，可能会短暂超过400°F（204°C）。一旦进入滚动状态，轮胎便通过另一种机制产生热量：随着每次旋转，轮胎承载部分压向跑道表面，胎侧和胎面反复弯曲变形。在着陆后的长距离滑行或起飞前的滑行过程中，这种屈挠会使轮胎温度显著升高，因此轮胎压力、胎面状况和刹车温度都是日常地面操作中要监测的项目。

飞机轮胎是如何制造的

飞机轮胎是从里到外一层一层做出来的，每一层都承担特定的结构功能。最内层是丁基橡胶或卤化丁基橡胶内衬层，起到气密密封的作用，防止高压气体从胎体渗出去。内衬层之外是胎体帘布层，这是轮胎的主要承载结构。这些帘布层由尼龙66或芳纶纤维帘线制成，表面覆有橡胶，并根据轮胎是斜交胎还是子午线胎，按特定角度一层层铺上去。

在斜交胎中，帘线从一侧胎圈跨到另一侧胎圈，与胎面中心线成小于90度的角交叉排列，相邻帘布层以相反方向铺设。这形成了坚固、刚性的胎体，能承受着陆时的大变形和冲击载荷。在子午线轮胎中，帘线以90度垂直于胎面方向排列，胎体上方另有带束层提供周向刚度。与斜交胎相比，子午线结构使胎侧更柔韧、接地面更稳定、滚动阻力更低，这就是子午线轮胎在较新的商用飞机上日益普遍的原因。例如，波音777-300ER主起落架轮胎就是子午线轮胎，额定层数为36层，尺寸为52 x 21英寸（132 x 53厘米），额定压力最高到200 PSI。

胎圈区域就是轮胎卡在轮辋上的那个部位，用高强度钢丝束加固，外面还裹着额外的织物层，叫“翻边”和“胎圈包布”。这些结构可防止轮胎在急刹车或大冲击着陆过程中在轮辋上滑动，因为这时候想让轮胎相对车轮打滑的力非常大。胎面胶料的配方注重耐热性和耐磨性，而不是汽车轮胎设计中追求的抓地性能。飞机轮胎不需要像汽车轮胎那样在高速下提供侧向转弯的抓地力。它们需要承受高速起飞时的反复加速旋转、扛住刹车时的热量积聚，并通过轮胎表面几条简单的环形沟槽把水排出去。

为什么飞机轮胎要充到200 PSI

商用飞机轮胎的充气压力一般在150到220 PSI之间，具体取决于飞机型号和轮胎位置。一架波音737的主起落架轮胎胎压约为200 PSI。777的主起落架轮胎胎压差不多。大多数商用飞机前起落架的轮胎胎压要低一些。对比一下，普通乘用车轮胎的胎压才30到35 PSI。飞机轮胎的胎压差不多是它的六倍，但它的体积相对于承受的载荷来说，比任何汽车轮胎都小。

之所以需要这么高的压力，是因为轮胎既要撑住巨大的载荷，又得足够紧凑，飞行时能收进起落架舱里。汽车轮胎可以做得更宽或更高，这样在较低压力下也能增加承载能力。飞机轮胎受限于轮舱尺寸、轮胎和起落架结构之间的间隙，还有加大轮胎和车轮组件带来的重量代价。高充气压力能让胎体更硬、受力时变形更小，这样轮胎就能在这些尺寸限制内承受住所需的载荷。同样一条轮胎，充到200 PSI时在相同重量下的变形量比充到100 PSI时小，也就是说，在同样的占地面积下，它能承受更大的重量。

飞机轮胎充填的是氮气而非压缩空气。原因是为了保持热稳定性。空气含有水分，会随温度变化膨胀收缩，很难预测，而飞机轮胎在一次飞行中经历的温度变化非常极端。在巡航高度，轮胎温度可降至-40°F（-40°C）以下。在着陆和滑行期间，轮胎接地面的温度可以超过400°F（204°C）。氮气是一种不含水分的干燥气体，也就是说，在这个温度范围内，它的膨胀收缩更容易预测。使用氮气可降低压力变化影响轮胎性能的风险，还能避免轮组件内部因水分而腐蚀。

轮胎如何检查、翻新和更换

维修人员在飞机每天首次起飞前会做飞行前绕机检查，轮胎检查就是其中一项。机组人员会逐个目视检查轮胎的胎面深度、胎侧有没有损伤、割伤、鼓包，有没有重刹造成的磨平点，以及有没有跑道碎屑打伤。胎面深度对照周向沟槽内置的磨损指示器进行测量，原理跟汽车轮胎上的磨损标记类似，但最低深度要求更严格。任何出现帘线外露、胎侧分离或胎面深度低于制造商最低标准的轮胎，都会在飞机起飞前被换下来。

轮胎气压要定期检查，检查时飞机处于空载状态，使用校准过的压力表。飞机重量压着轮胎会变形、体积变小，所以承载状态下测出来的读数比实际充气压力大约高4%。充气不足是商用飞机轮胎过早失效最常见的原因之一。轮胎如果在低于额定压力的情况下使用，变形会比设计时更大，从而增加胎侧热量积聚，加速胎体疲劳，并可能在起飞或着陆期间导致爆胎。维修方案会持续跟踪气压变化趋势，在慢漏气还没到危险程度时就发现它。

商用飞机轮胎在胎面磨损至最小深度、需要翻新之前，大约能经历150到200次起降。翻新过程会把胎体上剩余的胎面去除，用无损检测手段检查内部结构，包括剪切散斑干涉术，然后在硫化之前贴上新的胎面胶。一条轮胎胎体在其整个使用寿命内能翻新五到七次，具体取决于每次检查时胎体帘线层和胎圈的状况。翻新的成本只有新轮胎的一小部分，且翻新后的轮胎具有同等性能认证，所以现在天上飞的商用飞机，大多数轮胎都是翻新胎而不是新胎。在宽体飞机上换主起落架轮胎，需要能把飞机一侧顶起来的液压千斤顶、用于拆卸和重新安装轮组件的专用地面设备，还需要两名维修人员配合。正常情况下，换一个轮胎大概要30到45分钟。

每架飞机有多少轮胎，为什么

波音737有六个轮胎：每个主起落架支柱各两个，前起落架两个。波音787有10个：每个主起落架转向架各四个，前起落架两个。波音777有14个：每个主起落架转向架各六个，按三排两列排列，前起落架两个。空客A380有22个：四个主起落架支柱各四个轮胎，再加上机身中央起落架的两个轮胎，以及前起落架两个。已经退役的安东诺夫An-225曾以32个主起落架轮胎保持纪录。

轮胎数量取决于飞机的最大起飞重量，还要把重量分散到足够大的接触面积上，让地面压力不超过机场道面能承受的范围。轮胎更少、更大的飞机，重量会集中在更小的区域，可能超过它要飞的机场跑道和滑行道的承载能力。轮胎多了，同样的重量就分散到更多接触点上，从而降低道面每平方英寸承受的压力。A380的最大起飞重量为1,268,000磅（575,000公斤），它的地面压力其实比重量只有它一半左右的767还低，因为它有22个轮胎，把载荷分散得很开。

轮胎数量也提供了冗余。商用飞机经过认证，即使一个或多个轮胎瘪气也能安全起飞和着陆，轮胎越多，单个轮胎出故障时对起落架整体承载能力的影响也就越小。一架737的四个主起落架轮胎中如果坏了一个，就会损失25%的主起落架接触面积。一架777的12个主起落架轮胎中坏了一个，损失大约只有8%。更多的轮胎还能把制动能量分散到更多轮胎和刹车组件上，从而减少每个轮胎和刹车组件在中断起飞或着陆重刹时所要吸收的热量。