國產(chǎn)C919飛機(jī)使用國產(chǎn)剎車盤碳/碳復(fù)合材料

日前，國產(chǎn)C919三機(jī)三地同飛，經(jīng)過多年打磨的國產(chǎn)大飛機(jī)C919技術(shù)已經(jīng)日漸趨于成熟，我們對(duì)C919進(jìn)入民航市場充滿了希望。據(jù)悉，C919后續(xù)將開展顫振、空速校準(zhǔn)、載荷、操穩(wěn)和性能等科目的試飛。

剎車制動(dòng)性能是民航大飛機(jī)最重要的性能之一，剎車盤是飛機(jī)的剎車裝置，需要具有極強(qiáng)的耐摩擦、耐高溫性能，國內(nèi)外普遍使用碳/碳復(fù)合材料制造民航飛機(jī)用剎車盤，國產(chǎn)C919大飛機(jī)同樣使用了先進(jìn)的碳/碳復(fù)合材料制造國產(chǎn)剎車盤。

大飛機(jī)剎車系統(tǒng)的工作原理

飛機(jī)剎車系統(tǒng)一般采用液壓制動(dòng)技術(shù)（波音787除外），由發(fā)動(dòng)機(jī)為液壓泵提供動(dòng)力，液壓泵將低壓轉(zhuǎn)換為高壓，通過液壓管路將壓力傳輸給剎車作動(dòng)器。剎車作動(dòng)器推動(dòng)壓緊剎車盤，通過剎車盤間的摩擦，提供阻止機(jī)輪滾動(dòng)的力矩，以減小飛機(jī)滑跑速度。

這個(gè)聽起來簡單的剎車盤其實(shí)一點(diǎn)兒都不簡單。因?yàn)轱w機(jī)著陸時(shí)速度很快，蘊(yùn)含巨大能量，根據(jù)能量守恒定律，飛機(jī)需要依靠反推裝置和剎車裝置去吸收掉這個(gè)巨大能量（當(dāng)然氣動(dòng)阻力也能幫一點(diǎn)忙），才能使飛機(jī)靜止下來。剎車盤在摩擦過程中，把大部分飛機(jī)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，因此，剎車盤的工作溫度至少在幾百度。

不僅如此，飛機(jī)剎車系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮許多運(yùn)營中可能出現(xiàn)的意外情況，這對(duì)國產(chǎn)剎車盤提出了更高要求。比如飛機(jī)在跑道高速滑跑準(zhǔn)備起飛時(shí)，遇到突發(fā)狀況需要中止起飛。又比如飛機(jī)起飛不久發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障需要返回，而且這個(gè)時(shí)候襟縫翼又無法完全打開。這些意外狀況一旦發(fā)生，那么剎車盤就需要吸收比正常著陸情況大得多的能量。

上面提到的兩種意外狀況中，第二種對(duì)國產(chǎn)剎車盤的挑戰(zhàn)最嚴(yán)酷，飛機(jī)設(shè)計(jì)師要開展“最嚴(yán)酷著陸停止試驗(yàn)”來驗(yàn)證國產(chǎn)剎車盤是否滿足設(shè)計(jì)需求。

在這個(gè)試驗(yàn)工況下，飛機(jī)比正常著陸情況更重（油箱幾乎是滿的）、速度更快、氣動(dòng)阻力更?。ń罂p翼不能完全打開）、反推裝置關(guān)閉，幾乎全靠國產(chǎn)剎車盤吸收飛機(jī)動(dòng)能。

那么這種情況下，國產(chǎn)剎車盤要吸收多大能量呢？按照飛機(jī)重78噸、以200節(jié)速度著陸來計(jì)算的話，這個(gè)能量大約是360兆焦。按照高中物理學(xué)到的知識(shí)，1焦耳能量可以把1N（牛頓）物體舉起1米。假設(shè)這個(gè)1N的物體是顆小蘋果，那么360兆焦的能量可以把3.6萬噸蘋果舉起1米，或者把這顆小蘋果舉起36萬公里——這差不多是地球到月球的距離。

這時(shí)的國產(chǎn)剎車盤由于吸收了巨大的能量，溫度急劇上升，能達(dá)到一千多度，高溫使其呈現(xiàn)明亮的橙色，看上去就像一顆滾燙的火球。

飛機(jī)剎車盤使用碳/碳復(fù)合材料

復(fù)合材料指由兩種或兩種以上異質(zhì)、異型、異性材料（一種作為基體，其他作為增強(qiáng)體）復(fù)合而成的具有特殊功能和結(jié)構(gòu)的新型材料。除了碳纖維樹脂基復(fù)合材料以外，還有碳/碳復(fù)合材料、金屬基陶瓷復(fù)合材料等。

顧名思義，碳/碳復(fù)合材料是以碳纖維為增強(qiáng)體，其他碳質(zhì)材料為基體的復(fù)合材料。碳/碳復(fù)合材料在研究初期發(fā)展緩慢，直到1969年，第yi批兼具高性能和低成本的聚丙烯腈（PAN）基碳纖維被商業(yè)化，并成為碳/碳復(fù)合材料的增強(qiáng)體，使得碳/碳復(fù)合材料在強(qiáng)度上取得了顯著進(jìn)步，碳/碳復(fù)合材料的特殊性能才開始引起工程界關(guān)注。

經(jīng)過幾十年的研究，現(xiàn)代工藝生產(chǎn)的碳/碳復(fù)合材料已經(jīng)具備高比強(qiáng)、高比模、耐高溫、摩擦磨損性能優(yōu)異等特點(diǎn)，能夠很好地滿足航空航天對(duì)材料在高溫、高速條件下的綜合性能要求。因此，碳/碳復(fù)合材料已經(jīng)成為新一代航空航天材料發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。

C919大型客機(jī)用上國產(chǎn)碳/碳復(fù)合材料

由于剎車盤屬于耗材，大約一兩千次起降就必須更換，使用國外進(jìn)口剎車盤費(fèi)用較高。在市場需求的拉動(dòng)下，國內(nèi)材料廠商紛紛開始研制民機(jī)碳剎車盤。

國產(chǎn)大飛機(jī)C919目前使用的是國產(chǎn)碳/碳復(fù)合材料剎車盤，其供應(yīng)商同時(shí)也為波音757、空客320等機(jī)型提供剎車盤。

C919剎車盤使用的碳/碳復(fù)合材料，使用有機(jī)纖維編織碳纖維預(yù)制體，雖然編織難度大，但是形成的預(yù)制體強(qiáng)度要高得多。同時(shí)，它還采用化學(xué)氣相滲透和液相浸漬復(fù)合的增密工藝，提高了材料的密度，使材料的高能剎車摩擦系數(shù)大大提升。

隨著飛行器速度越來越快，其對(duì)耐高溫材料的要求必然越來越高。作為耐高溫材料界的“實(shí)力擔(dān)當(dāng)”，碳/碳復(fù)合材料具有廣闊的發(fā)展前景。