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航空轮胎:这双“跑鞋”很重要

发布时间:2019-05-27 12:00:41   人浏览 来源: 橡胶技术网

橡胶技术网 - 轮胎动态

在我们日常旅行中,似乎很少见到飞机爆胎。但根据统计,世界上每年都会发生数十起飞机爆胎事件。爆胎的主要危害是,其可能导致飞机在起降时偏离方向滑出跑道,另外飞机轮胎爆胎产生的碎片也可能击打飞机机身,导致部分部件的损坏,从而影响航空安全。
 

因此,出于安全考虑,飞机轮胎便成为了现代轮胎产业中最顶端的产品。

飞机也要脚踏实地。
 

让我们先从一款大名鼎鼎的飞机说起,那就是世界上第一款商业运营的超音速客机--协和号飞机(Concorde)。
 

协和号飞机由英法两国航空工业共同研制,1969年首飞,1976年正式进入商业运营,最大速度可达2.04马赫,载客92到128名。“出发前到达”(Arrive before you leave)是协和式飞机的口号,因为其飞行速度比晨昏线的移动速度更快,由巴黎飞往美国的班机能呈现出一种“追日”的奇观,能在日落后追上太阳,跑在光阴的前面。但就是这样一款作为人类骄傲的飞机,在2000年后却黯然退出了航空舞台,使超音速客机成为绝响,迄今为止,人类还没能再次拥有超过音速的商用载客飞机。
 


▲协和号空难就是因为爆胎导致
 

给予其致命一击的,便是小小的航空轮胎。2000年7月25日,法航协和式飞机4590号航班在巴黎戴高乐机场起飞时,飞机左主起落架上一个轮胎由于跑道上金属片的割伤而爆裂,轮胎碎块击中油箱起火,造成飞机坠毁,100位乘客和9位机组成员全部遇难。
 

平时不起眼的航空轮胎,却成为一个大项目失败的导火索,从某一方面证明了轮胎的重要性。
 

飞机虽然主要是飞在空中,可如果没有轮胎,那么它是无法起飞和降落的,那也就失去了飞行的意义。在起飞和降落中,让飞机能“脚踏实地”,负责飞机与地面接触的部件,就是飞机的轮胎。
 

作为需要反复使用的交通工具,飞机的起飞和降落尤为重要,其中飞机轮胎担负着巨大的责任。据统计,飞机70%的事故发生在起飞和降落中。所以说,飞机轮胎是飞机上安全性与可靠性要求都很高的重要部件。
 

磨损太快,航空轮胎该怎么保养
 

我们常常见到这样的情况:一架重量相当于一座小型办公楼的飞机以时速258公里的速度一次又一次地在沥青跑道上着陆,而飞机轮胎很少发生故障,这是什么原因呢?飞机轮胎到底特别在哪里呢?
 

仅以民用客机来说,其在起降时速度可以达300公里。尤其是在降落时,整架飞机数百吨的重量加上冲击力,给轮胎带来的压力可想而知。
 

▲空客A380拥有22个轮胎
 

另外,飞机轮胎还要忍受起降时可高至百度以上的高温,和高空中低至零下数十度的低温。同时,飞机轮胎的胎压也明显较高,一般是汽车内压的1.6倍。所以,为了承受这些变化,飞机轮胎就需要有很强的负荷能力和耐热能力。
 

飞机轮胎是飞机上安全性与可靠性要求都很高的重要部件。飞机的安全起飞和降落都必须依靠飞机轮胎的各种独特的功能。这种轮胎要求具有高抗冲击强度和很低生热性。用于制造航空轮胎的橡胶材料必须确保在-40℃以下和71℃以上的苛刻条件下,经24h后性能符合规定指标。轮胎的爆破压力高于额定内压4倍以上,飞机起飞和降落时轮胎产生的静电荷要能均匀传至地面。
 

飞机轮胎并没有大的吓人,以波音737飞机的27×7.75R15型号轮胎为例,该型号轮胎为直径68.58厘米,宽19.69厘米,轮毂直径38.1厘米;飞机轮胎的轮胎壁也不是特别厚,轮胎的强度取决于胎面下面的帘布层。轮胎帘布层通常是尼龙材料,但最近芳纶材料的用量变得越来越多。轮胎的帘布层数越多,其承载的载荷和气压承受能力也就越强。当然,飞机轮胎也会出问题,特别是在轮胎气压不足或过载的情况下,飞机轮胎胎面脱落,帘布层爆裂。
 

航空轮胎的构造和特点
 

重点强调,飞机轮胎一般都会有二十到三十,乃至四十层帘线层,正是这些帘线层保证了轮胎的强度。保证了其能承受几百吨的冲击力。简单而明了地说,一般家用汽车轮胎压力在35-40个PSI,而飞机轮胎在100-250PSI之间,而且要能够承受其十倍的压力不爆炸。也就是说,落地那一瞬间产生的冲击,可能会使轮胎内产生一两千PSI的压力。
 


▲ 轮胎的构造
 

目前的航空轮胎均为无内胎轮胎,主要由胎面、侧面、胎圈组成。胎圈与金属的轮毂结合,形成轮胎内部的密闭空间,用于充气,完成轮胎的承载功能。
 

从结构上,航空轮胎从内到外大体可分为内衬层,胎体帘布层,胎面层。内衬层与内部气体接触,确保保持轮胎压力;胎体帘布层为支撑结构,是轮胎的主要受力部件;胎面曾与外部地面接触,提供摩擦力,是轮胎的磨损部件。
 

我们可以把飞机的轮胎想象成一个由多层叠加起来的结构:最外面那层就是我们常见的胎面,下方还有保护层、带束层、缓冲层等、帘布层结构,这些部件都能起到一定的缓和冲击的能力。
 

但是,每个层级的作用也有所不同,胎面和保护层更多是日常与地面接触,带束层主要是保持胎型。而抗压能力主要还是由胎面下的帘布层决定。通常认为,帘布层层数越多,其抗压能力也越强。现代客机轮胎的帘布层是一层纤维附胶结构,由它们一层又一层缠绕压实而成。
 

当然,仅从轮胎的结构来看,现代汽车轮胎与飞机轮胎并没有太大不同。但是在一些细节处,两者还是有所不同:比如你无法在飞机轮胎上看到横纹,而且飞机轮胎胎压更高、使用材料更为轻型。
 

总体来说,两者的不同还是因为作用不同,比如汽车轮胎更强调能长时间稳定运行,而飞机轮胎
 

更强调瞬时的抗压能力。另外,舍弃横纹也是出于增加轮胎寿命的考虑。

航空轮胎目前主要分为2种:斜交胎和子午胎。两种轮胎不同主要体现在胎体帘布层的编制方法上,斜交胎的帘布层中,帘布线与轮胎胎圈呈45度左右的角度,子午胎的帘布层中,帘布线与胎圈呈90度。斜交胎是最早的航空轮胎形制,技术成熟,子午胎是后期发展的新形制轮胎,相对于斜交胎,子午胎具有以下优势:重量轻;更高的过载特性,较低的诱导振动和更好的动平衡;更多的使用次数,航空斜交胎一般可使用100到200个起落,子午胎可使用300-400个起落。目前航空轮胎都逐渐使用子午胎,新研飞机型号均采用了子午胎。
 

轮胎安装在轮毂上,在轮毂与地面之间形成充气缓冲层,主要有以下作用,一是支持飞机的重量。二是吸收飞机滑行过程中的颠簸。三是缓冲飞机着陆冲击并帮助吸收撞击能量。四是产生必要的刹车结合力以便飞机在着陆时使飞机停住。
 

与普通车辆配备的轮胎相比,航空轮胎具有高速、高载以及高压等特点。飞机轮胎承受着巨大的载荷,由于飞机腹部空间有限,航空轮胎的尺寸往往不会很大,因此轮胎的充气压力就要求非常高。目前民航飞机轮胎充气压力通常为200PSI左右,而一般的汽车轮胎压力为50PSI以下。与此同时,航空轮胎并不是只使用一次的产品,除了过度磨损,损伤,破裂等导致轮胎直接报废的情况,在正常使用过程中,飞机维护人员会定期观察轮胎磨损情况,当轮胎的沟槽磨平,也就是胎面磨损殆尽时,轮胎就被替换下来,送到轮胎厂家进行翻新工作,重新制作上胎面,轮胎就可以继续使用了。
 

编辑|孙力

校对|李琰

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