大飛機(jī)炭剎車盤制造技術(shù)實現(xiàn)突破性進(jìn)展
不詳 ?本刊記者劉 亮 ? 2010年02月01日 ? ?創(chuàng)新成果
大飛機(jī)炭剎車盤制造技術(shù)實現(xiàn)突破性進(jìn)展
炭/炭復(fù)合材料自1958年問世以來，經(jīng)歷了五十多年的發(fā)展歷程，已是一種成熟的技術(shù)，也是當(dāng)今世界上發(fā)展最快，并最具應(yīng)用潛力的熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料之一。由于炭/炭復(fù)合材料兼具摩擦特性好、使用壽命長、吸熱能力高等無可比擬的優(yōu)勢，已成為飛機(jī)剎車盤的首選材料，并發(fā)展成炭/炭復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的最大獨立市場，其年產(chǎn)量達(dá)到1200噸。主要由法國的Messier-Bugatti，美國的Hitco、Honeywell、Goodrich，英國的Dunlop五大公司壟斷了國際市場。我國民航引進(jìn)裝備炭剎車盤的飛機(jī)已達(dá)600余架，按平均2000次起落/套的使用壽命計算，炭剎車盤年更換約為3000套，按國外原廠目錄價計算，市場年需求約7.5億元人民幣，全部依賴進(jìn)口。
我國在1972年啟動軍用飛機(jī)炭剎車盤的探索研究，主要有西安航空制動科技有限公司、蘭州炭素廠、上海炭素廠等單位參與。當(dāng)時研制的第一代炭剎車盤材料為炭布疊層預(yù)制體、等溫法CVI致密工藝制成的炭剎車盤材料，1984年開始進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)炭盤大樣的臺架模擬試驗。1987年，西安航空制動科技有限公司、蘭州炭素廠研制的炭剎車盤材料被JH7飛機(jī)的第二配套方案確定采用，1991年2月通過中國航空機(jī)載設(shè)備總公司組織的技術(shù)評審。由蘭州炭素廠研制的炭剎車盤于1990年7月在殲-7M型飛機(jī)上首次裝機(jī)飛行試驗獲得成功，1998年由西安航空制動科技有限公司研制的炭剎車盤裝在某重點型號飛機(jī)首飛成功，實現(xiàn)了我國軍用飛機(jī)炭剎車盤零的突破。
20世紀(jì)90年代初啟動大型民用飛機(jī)炭剎車盤材料研究工作的，有中南大學(xué)的湖南博云新材料有限公司、航天四十三所的西安超碼科技有限公司、北京航空材料研究院的百慕高科技有限公司、西安航空制動科技有限公司、煙臺魯航炭材料科技有限公司等企業(yè)。研制的第二代炭剎車盤材料以針刺炭纖維準(zhǔn)三向整體氈結(jié)構(gòu)預(yù)制體，以等溫法CVI致密的熱解炭或以熱梯度CVI與液相浸漬/炭化相結(jié)合的熱解炭、樹脂炭雙元基體，制成了炭剎車盤材料。經(jīng)過艱苦攻關(guān)，湖南博云新材料公司于2003年12月、西安超碼科技有限公司于2004年5月分別取得波音757-200型飛機(jī)炭剎車盤的PMA生產(chǎn)許可證，百慕高科技有限公司于2005年8月取得MD-90型飛機(jī)炭剎車盤PMA生產(chǎn)許可證，西安超碼科技有限公司于2009年3月率先取得A318/A319/A320型飛機(jī)炭剎車盤PMA生產(chǎn)許可證。
大飛機(jī)的剎車系統(tǒng)采用盤式結(jié)構(gòu)，通常有動盤、靜盤、壓緊盤、承壓盤等7～11片組套。動盤隨機(jī)輪轉(zhuǎn)動，其余炭盤與機(jī)輪軸連接，當(dāng)剎車時，通過液壓系統(tǒng)施加的壓力將炭盤壓緊，其間產(chǎn)生摩擦力矩，使飛機(jī)減速，同時炭剎車盤吸收的動能轉(zhuǎn)換為熱能。炭剎車盤的摩擦功能作為飛機(jī)剎車材料的結(jié)構(gòu)、摩擦、吸熱三大功能中最為關(guān)鍵的功能，用于飛機(jī)的滑行、著陸、停機(jī)和中止起飛等各種條件下的停機(jī)剎車、差動剎車、自動剎車、正常剎車、應(yīng)急剎車、起落架收上時主輪的止轉(zhuǎn)剎車等。
西安超碼科技有限公司為了提高飛機(jī)炭剎車盤的單位能載、剎車特性和使用壽命，設(shè)計了新型鋪層方式針刺炭纖維準(zhǔn)三向結(jié)構(gòu)預(yù)制體，提高了預(yù)制體的防分層和整體性能；發(fā)明了狹縫定向流“外熱內(nèi)冷”、“內(nèi)熱外冷”徑向熱梯度化學(xué)氣相滲透致密工藝技術(shù)，獲得了高摩擦特性的粗糙層熱解炭；發(fā)展了一種熱解炭、樹脂炭優(yōu)化組合的雙元炭基體，解決了中止起飛剎車時摩擦系數(shù)嚴(yán)重衰減的問題；通過高溫處理技術(shù)優(yōu)化了摩擦特性，降低了磨損率，延長了使用壽命；研發(fā)的改性磷酸鹽基涂層顯著提高了抗氧化性能；設(shè)計了新型鋼夾/鉚釘配件，保障了炭剎車盤的安全使用；發(fā)明了原位炭補強(qiáng)的整體粘接修復(fù)炭剎車盤的維修方法，提高了炭剎車盤維修的整體可靠性。與A320系列飛機(jī)現(xiàn)用進(jìn)口的炭剎車盤實測性能和剎車特性相比，本項目研制生產(chǎn)的五批次炭剎車盤的力學(xué)性能和軸向?qū)嵯禂?shù)均有顯著提高：經(jīng)地面臺架500余次動力矩試驗對比，摩擦特性相當(dāng)，中止起飛時的動摩擦系數(shù)提高了21%～42%，靜摩擦系數(shù)提高了28%。7項飛行試驗考核以及裝機(jī)應(yīng)用8個多月的實際磨損率測試結(jié)果表明，預(yù)計使用壽命可提高25%左右。西安超碼科技有限公司研制、生產(chǎn)的A318/A319/A320型飛機(jī)炭剎車盤與現(xiàn)用進(jìn)口炭剎車盤具有一致的剎車性能及良好的系統(tǒng)兼容性，且無需更改飛行手冊給定的起飛和著陸性能數(shù)據(jù)，即可保證飛機(jī)的正常使用。
該技術(shù)開發(fā)成果，在國內(nèi)首次取得高能載、長使用壽命、高摩擦特性等重大關(guān)鍵技術(shù)的突破，使我國大型飛機(jī)炭剎車盤材料技術(shù)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，占據(jù)了大飛機(jī)剎車材料領(lǐng)域的制高點，達(dá)到了同類產(chǎn)品的國際先進(jìn)水平。該成果不但打破了國外的技術(shù)壟斷，實現(xiàn)了替代進(jìn)口產(chǎn)品，降低了民航行業(yè)的運營成本，而且還為其他大型飛機(jī)炭剎車盤項目的開發(fā)應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，使我國步入生產(chǎn)大飛機(jī)炭剎車盤材料的國際先進(jìn)行列，解決了大飛機(jī)行業(yè)發(fā)展中的熱點、難點和關(guān)鍵問題之一，促進(jìn)了大飛機(jī)制造行業(yè)的快速、協(xié)調(diào)發(fā)展。
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