胡泽玮

摘  要：刹车系统防滑效率的确定是民用飞机刹车系统试飞中的重要科目，其结果直接影响到民用飞机的使用。该文采用扭矩法来验证民用飞机刹车系统防滑效率，提出了利用止转刹车试验的数据计算机轮惯性矩的新思路，并通过该方法应用于ARJ21-700飞机的数据处理当中，结果证明采用扭矩法得到的结果是可信的，扭矩法能够应用于民用飞机刹车防滑效率试飞验证。此技术对其他同类飞机具有通用性，对于今后民用飞机在刹车系统妨碍效率试飞具有参考价值。

关键词：民用飞机  适航审定  刹车防滑效率  扭矩法  试飞技术

中图分类号：V217+.1                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）03（c）-0076-03

Engineering Application of Torque Method in Flight Test of Brake Anti-slip Efficiency

HU Zewei

（Chinese Flight Test Establishment， Xi'an， Shaanxi Province， 710000  China）

Abstract： The determination of anti-skid efficiency of braking system is an important subject in the flight test of civil aircraft braking system， and its results directly affect the use of civil aircraft. In this paper， the torque method is used to verify the anti-skid efficiency of civil aircraft braking system， and a new idea of calculating wheel inertia moment by using the data of non rotation braking test is proposed. The method is applied to the data processing of ARJ21-700 aircraft. The results show that the results obtained by the torque method are reliable， and the torque method can be applied to the flight test verification of anti-skid efficiency of civil aircraft braking. This technology is universal to other similar aircraft， and has reference value for future civil aircraft in the efficiency test of brake system in China.

Key Words： Civil aircraft; Airworthiness certification; Brake anti-slip efficiency; Torque method; Flight test technology

系统防滑效率的确定是民用飞机刹车系统试飞中的重要科目。CCAR25R4中规定，地面最大刹车摩擦系数必须考虑湿跑道上防滑系统的效率并加以调整。必须在平整湿跑道上进行飞行试验演示防滑系统的工作，并且必须确定它的效率[1]。在防滑系统效率的试飞试验中，AC25-7C中推荐了两种可接受的方法，即机轮滑动法和扭矩法[2]。该文首次采用扭矩法来验证民用飞机刹车系统防滑效率，对该方法的试飞方法和数据处理方法进行了详细的论证。

1  刹车防滑效率试飞方法

在扭矩法刹车防滑效率试飞中，采用湿跑道中断起飞的试飞方法[3]。根据适航条款要求，每一构型进行3次完整刹停。由于试验目的是验证飞机防滑系统效率，因此被试飞机重量选择飞机运营的正常重量，验证重量应大大低于最大能量终止起飞的边界重量。在必要时，可按照飞机重量自大至小的顺序安排试验。飞机重心因使用最临界的重心位置。机翼襟缝翼处于起飞位置。

由于试验目的是验证飞机防滑系统效率，因此采用湿跑道全发加速停止距离试验方法即可[4]：全发工作情况下，飞机加速到V1，飞行员在V1时采取第一个中断起飞的动作，并陆续采取之后的中断起飞动作，直至飞机完全停下来。在中断起飞中，可以使用扰流板、反推减速。试飞员需对防滑系统相应特性及飞机的操纵性给出定评评述，评述内容需包括飞机起落架有无异常动态特性;飞机航迹是否基本为直线，是否受跑道接缝、水坑及积水区位置和范围的影响。

2  扭矩法确定刹车防滑效率试飞数据处理方法

扭矩法，其原理是将飞机着陆和刹停过程中刹车盘所实际吸收的能量，与在实际刹车过程中对瞬时刹车力的曲线峰值形成的曲線的积分计算出的能量进行比较，由此确定防滑系统的效率（见图1） 。在整个刹车过程中，刹车盘吸收的全部能量，可通过瞬时刹车力的积分来计算[5]。

获得跑道刹停试验的数据后，可通过下列关系式计算出瞬时刹车力：

（1）

式（1）中：Fb为地面对机轮的刹车力;Tb为刹车系统对机轮的刹车扭矩;a为机轮加速度;I为机轮和轮胎惯性矩;Rtire为轮胎半径。

对于无法直接测量刹车扭矩的那些刹车安装，如果存在合适的关联性，可由其他参数（如刹车压力）来确定扭矩，应在整个刹停距离上对瞬时刹车力和峰值刹车力进行积分。用于确定跑道加速-停止距离的防滑效率值是瞬时刹车力积分与峰值刹车力积分之比值为：

（2）

刹停距离定义为在特定的跑道上进行刹停演示验证过程中所经过的距离，从达到满刹车形态起至出现防滑循环的最低速度为止（即刹车尚未处于扭矩受限状态） ，但该速度不需要小于10 kn。

对于扭矩法，需要得到刹车扭矩、机轮加速度、机轮和轮胎惯性矩和轮胎半径，以此来计算得到刹车力。

对于刹车扭矩，当无法直接测量刹车扭矩时，可由其他参数（如刹车压力）来确定扭矩。可通过以下公式计算出刹车扭矩：

（3）

式（3）中：Pb为刹车压力。

为便于工程计算，这里假设刹车系统对机轮的刹车力臂为轮胎半径。

对于机轮加速度，可由机轮速度的一阶导数计算。在工程计算中，由于刹车防滑效率试验的数据采样率至少为每秒采样16次[6]，绝大部分情况为每秒采样32次，因此可以用很小时间步长内的速度增量来计算一阶导数，即：

式中：ω为机轮角速度;V为机轮轮速;t为采样一次时间。

对于机轮和轮胎的转动惯量，若采用飞行试验方法直接测量，有一定困难[7]，这里采用计算方法得到，公式推导如下：

（5）

当飞机进行止转刹车试验时，机轮已经离开地面，不受地面刹车力作用，此时Fb为零。

所以有：

（6）

将计算得到的I和其他参数带入公式（1），得到公式（7）：

（7）

通过公式（7）可以计算出刹车力。之后，通过GPS数据计算出飞机的刹停距离，在整个刹停距离上对瞬时刹车力和峰值刹车力进行积分，并计算瞬时刹车力积分与峰值刹车力积分的比值，就可以计算出跑道加速—止距离的防滑效率值。

3  试验算例分析

使用以上介绍的扭矩法，现对ARJ21-700飞机的刹车防滑效率进行计算。该型飞机最大轮胎压力为140 psi，刹车机轮总共有4个，编号分别为机轮1、机轮2、机轮3、机轮4，试验时跑道为平整湿跑道，轮胎表面状态为正常使用状态。机轮1的瞬时刹车力和刹车力峰值见图2。

利用扭矩法计算防滑效率的最终计算的结果如表1所示，并列出ARJ21-700飞机试飞中利用机轮滑移法计算出的刹车防滑效率，对两种方法计算出的刹车防滑效率进行对比。

从表1可以看出，两种方法得到的刹车防滑效率均满足刹车防滑效率不小于92%的指标要求。扭矩法得出刹车防滑效率与机轮滑移法得出的相差不大，证明采用扭矩法得到的结果是可信的。且扭矩法得出刹车防滑效率更偏保守。

4  结语

刹车系统防滑效率的确定是民用飞机刹车系统试飞中的重要科目，其结果直接影响到民用飞机的使用。该文以此为主旨，提出了通过扭矩法来考核民用飞机刹车系统防滑效率的一种试飞法，主要研究了针对该方法的数据处理方法，在数据处理方法上进行了创新，提出了利用止转刹车试验的数据计算机轮惯性矩的新思路，并通过该方法应用于民用飞机的数据处理当中。此技术对其他同类飞机具有通用性，可对其他飞机在该方面的試飞提供良好的技术支持，对于今后民用飞机在该方面的试飞具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 杨磊.运输类飞机适航标准25.1533条款及其符合性验证方法[J].科技视界，2017（11）：95，234.

[2] 张妙婵.民用运输机最大刹车能量加速-停止距离相关条款及审查关注点[J].民航学报，2021（1）：51-54，58.

[3] 刘旭.飞机滑跑刹车减速原理与安全高效分析[J].科技经济导刊，2020（23）：42-43.

[4] 许诤.考虑道面平整度的飞机轮胎滑水安全问题研究[D].中国民航大学，2019.

[5] 闫珅.大型飞机污染跑道起降性能和飞行操作适航标准研究[D].南京航空航天大学，2019.

[6] 罗林.飞机刹车系统半实物仿真研究[D].西华大学，2016.

[7] 邱朝群.运输类飞机适航标准中的速度研究及应用[J].航空科学技术，2018（4）：67-72.