六问·刹车是一门艺术

飞机飞起来简单，关键是要能着陆，滑跑起来也简单，关键是要能停下来。...

防滑控制刹车的实质是什么？

万里飞行轮下始，刹车为您保平安。刹车系统是飞机起落装置的组成部分，是飞机安全运行必不可少的重要系统。随着飞机技术的进步，刹车系统的组成、工作原理、控制功能等也在不断的发展完善。

现代飞机刹车系统正常刹车都有机轮自动防滑控制功能，不仅仅是正常刹车，有些飞机的备份或应急刹车系统也有防滑控制能力。防滑控制刹车的主要任务是在保证安全前提下，发挥刹车能力，提高刹车效率，最大限度地缩短飞机着陆滑跑距离，同时减小轮胎磨损，延长机轮使用寿命，改善维护性，降低运营成本。

防滑控制刹车的实质就是充分利用跑道所能提供的最大摩擦因数（结合系数），如图1所示。

刹车系统工作时通过不断地调节刹车压力，控制机轮轮速，始终使机轮滑动量在最佳滑动量附近，这样飞机刹车距离最短，刹车效率最高。 什么是机轮滑动量？

刹车过程中实际运动状态既有滚动又有滑动，而滚动是主要的，机轮滑动量是度量机轮制动程度的一个参数，其定义是机轮对地面的相对滑动量，公式表示为：“滑动量=1-轮速⁄地速”。当机轮滑动量为零时，轮速等于地速，机轮为纯滚动；当机轮滑动量等于1时，轮速为零，机轮刹死不滚动而完全滑动；一般地当机轮滑动量在0.1～0.3范围内时，地面摩擦系数μ最大，提高地面摩擦系数（结合系数）是提高刹车效率、缩短滑跑距离的关键。什么是机轮打滑，它有何危害？

当轮胎与跑道接触面间产生最大地面摩擦系数时所对应的滑动量称为最佳滑动量。当滑动量σ小于或等于最佳滑动量时为稳定滑动状态，如图1中虚线左侧所示，此时刹车力矩与结合力矩及机轮惯性力矩相互平衡，且结合力矩随刹车力矩增加而增大。当滑动量σ大于时为不稳定滑动状态，如图1中虚线右侧所示，此时结合力矩逐渐减小，导致机轮迅速进入刹死状态，此即为机轮打滑或卡滞，一旦发生打滑现象，地面摩擦系数随滑动量的增加而迅速降低，进入恶性循环，这是应竭力避免的。

机轮打滑时一方面由于刹车力或摩擦力迅速减小，不能有效缩短滑跑距离，另一方面机轮轮胎会急剧磨损或磨穿，有时会引起轮胎爆破，危及飞机安全。湿跑道为什么更容易发生机轮打滑？

原因有两方面。相较于干跑道，湿跑道所能提供的地面摩擦系数会减小，如图1所示。而飞机刹车力矩一般设计得足够大，以保证有足够能力刹停飞机。干跑道提供的最大摩擦力矩较大，能够平衡最大刹车力矩，所以系统把刹车压力调节到最大值附近；而湿跑道提供的最大摩擦力矩大大低于最大刹车力矩，系统工作在小的刹车压力下，系统性能降低。

其次，由于湿跑道与轮胎间的最大摩擦系数较小，维持机轮转动的结合力矩较小，湿跑道上仅能给机轮提供比干跑道小的旋转加速度，机轮回转力减弱，机轮从深打滑中恢复的时间加长，导致系统性能进一步恶化。

图2所示为现代民用飞机常用的全调制式系统在干、湿跑道上的防滑系统响应特性。

从图中可以看出，干跑道上全调制式系统能将刹车压力调整到只有非常微小波动幅值的某个适当的高平均值水平，能够对形成的打滑做出快速响应，并能够调制刹车压力，以降低打滑频度及深度；湿跑道上刹车压力平均水平明显降低，刹车制动时间也延长，系统性能降低。对新研制型飞机，应演示验证系统在湿跑道上的功能性能，在此之前应尽量限制在湿跑道上的运行。不同刹车方式的使用技巧及减速效果如何？

为了缩短着陆距离，民用飞机可使用包括减速板、发动机反推力装置、刹车装置等的多种减速方式。一般地，飞机高速滑跑时，减速板、反推力等效果好，中低速滑跑时，机轮刹车效果好。刚着陆时，飞机升力较大，机轮受载较小，轮胎与地面结合力矩也小，刹车效果不好。另外轮胎-道面间摩擦系数随滑跑速度增加而减小。为了充分发挥减速装置的作用，保证较大减速率，缩短着陆滑跑距离，一般当飞机主轮接地后，就使用减速板及反推力装置等，前轮接地后，再开始使用机轮刹车。

刹车时，对有防滑和无防滑系统的飞机，在使用刹车的方式上也是有所不同的。对无防滑情况，例如使用无防滑应急刹车时，刹车时应逐步施加刹车力，随着刹车力的增加如果发生轮胎打滑，飞机减速率明显降低，机组察觉后应及时释放刹车力，使轮速恢复，打滑停止，然后再逐步增加刹车力，如此循环往复，飞机最大刹车效能恰好发生在刚开始打滑的前一时刻，但此刻一般不易把握。

对有防滑的情况，例如使用有防滑正常刹车时，如果要进行最大刹车，在刹车过程中应施加稳定的刹车力，一般踩刹车脚蹬到底并保持，防滑系统会将轮胎控制在接近打滑而没有打滑的状态，形成若干防滑循环（如图1中所示），以发挥最大刹车减速效能。除非要使用刹车调整滑行方向，防滑系统的设计要求在刹车过程中不要松开刹车。一些较早期的防滑系统对刹车力的自动调整会使刹车过程出现一些不平稳的现象，例如，机组偶尔会感受到轻微而突然的跳动（这是由于轮胎打滑后，防滑系统减小刹车力使轮胎又重新旋转起来的缘故），尽管这会使机组感觉不舒服，但这正是防滑系统产生作用的体现，通过体会防滑系统周期性的工作，飞行员能感知到刹车系统在发挥正常效能。

虽然无防滑时机组可通过施加不同的刹车力对刹车进行调节，但机组的调节不可能比防滑系统更好。飞行员感受飞机刹车状态变化是按秒计，而防滑系统是按微秒甚至更小。所以，最好的刹车操作是机组在刹车脚蹬上施加稳定的脚蹬力，由防滑系统完成对刹车过程的调节。防滑刹车系统性能评价指标以及评定方法是怎样的？

防滑系统效率是评定防滑刹车系统性能的一个综合性指标，它是防滑系统获得轮胎与跑道面之间最大可用摩擦力的相对能力，其定义是刹车过程中，实际使用的摩擦系数（摩擦力或摩擦力矩）与理论上最大的摩擦系数（摩擦力或摩擦力矩）之比。

FAA AC25-7C中给出了计算防滑系统效率的两种方法，分别为扭矩法以及机轮滑移法，在这里不再赘述。评定刹车效率的另一种方式是采用“距离效率”，即理论上可得到的最短刹车滑跑距离与实际测得的距离之比。试验过程中飞机的重心位置会对系统性能产生影响，试验一般选取前重心，因为前重心前轮承载最大，主轮承载最小，刹车力最小，最不利于刹停飞机。

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