刹车温度高分析

关键词：刹车、摩擦系数、空气散热、高原机场
摘要：
本文数据来源于近一年公司发生的17起刹车温度高事件，这17起事件全部为碳刹车类型，针对刹车温度高事件从两部分进行分析，第一部分是环境因素，第二部分是人的因素。
一、刹车原理介绍
1.刹车系统
每个主起落架机轮上有多片式液压作动的刹车装置。两个刹车踏板分别控制左、右刹车。前轮上没有刹车装置。
（1）正常刹车系统
如果液压系统 B 供应压力，正常刹车系统使用液压系统 B 压力来操纵刹车装置。
（2）备用刹车系统
备用刹车系统由液压 A 系统提供液压。如液压 B 系统压力低或失效，则液压 A 系统即自动向备用刹车系统供压。
2.依据飞机刹车种类的分析，目前公司飞机刹车类型分为两类：
钢刹车（钢制刹车片）：早期飞机常用，刹车片以合金钢为主要材料，通过金属间的摩擦实现减速。
碳刹车（碳 - 碳复合材料刹车片）：现代大型飞机（如波音 737NG、空客 A320 系列）广泛采用，刹车片由碳 - 碳复合材料制成，依赖碳材料间的摩擦制动。

3.自动刹车系统
自动刹车系统利用液压 B 系统的压力为中断起飞提供最大的减速率，并且在接地后立即按预选的减速率自动刹车。此系统只在正常刹车系统起作用时工作。防滞系统保护可在自动刹车的使用过程中起作用。自动刹车系统监控机轮减速并控制刹车计量压力与维持驾驶员在自动刹车（AUTO BRAKE）选择电门上选定的压力相一致，直到飞机完全停住。自动刹车功能包括：
（1）1，2，3 和最大（MAX）减速位置在着陆刹车过程中控制自动刹车系统来调整刹车压力直到飞机完全停住。
（2）中断起飞（RTO）位置控制自动刹车系统提供全部压力到机轮刹车并使飞机停住。当驾驶员在地速超过 88 节开始中断起飞时自动刹车系统工作在 RTO 模式。
4.影响机轮刹车的因素
（1）轮胎的刹车力与轮胎作用于跑道的力，以及轮胎和跑道间的摩擦系数成正比。刹车循环过程中接触面一般变化很小。垂直力来自飞机重量和其他所有向下的空气动力，如减速板等。
（2）摩擦系数取决于轮胎状况以及道面情况（如混凝土、沥青、干、湿或结冰道面等）。
二、刹车温度高事件分析
（一）环境因素：环境因素主要是机场位置，外界温度等因素的影响。
1.依据发生地分析
(1)其中兰州机场，发生次数最多为13起，银川机场发生2起事件，绵阳机场有1起，乌鲁木齐机场有1起。


(2)数据统计：其中一般高原机场发生13起，兰州机场标高6394ft，占全部事件的76%，其余非高原机场占24%。
(3)原因分析：
①　高原机场环境的特殊影响
高原机场（海拔通常≥1500 米）的低气压、低空气密度环境会从 “热量产生增加” 和 “散热能力下降” 两方面加剧刹车温度升高：
②　着陆滑跑距离延长，热量产生增多。
③　高原空气稀薄导致升力不足，飞机需以更高的地速（比平原机场高 5%—10%）着陆才能维持升力平衡；同时，低气压使发动机反推效率下降（反推依赖空气动量，空气密度低则反推减速率降低），导致滑跑距离延长。刹车需持续工作更长时间，摩擦热量积累显著增加。
④　空气散热能力骤降
刹车散热主要依赖空气对流，单位时间内流过刹车组件的空气质量减少，散热效率大大下降。若着陆后刹车温度本就偏高，散热不足会导致温度持续攀升，甚至超过材料耐受极限。
⑤　复杂气象加剧刹车频繁使用
一般高原机场常伴随侧风、乱流，飞行员可能需要频繁调整刹车以保持滑跑方向，导致刹车 “间歇式高频工作”，热量无法有效扩散，局部温度骤升。
2.依据发生月份分析
（1）其中七月份发生次数最多为5起，六月份发生4起事件，四月份3起，五月份和八月份均2起，三月份有1起。与季节性有明显关系，夏季高温对于刹车温度高事件影响较大。

（2）季节月份：环境温湿度与运行需求的联动影响不同季节的温湿度、降水及运行需求差异，会通过 “散热条件” 和 “刹车使用频率” 影响温度：
（3）原因分析：
①　夏季高温：散热温差缩小
夏季环境温度可达 35℃以上（部分地区超 40℃），刹车组件与环境的温差相对于冬季显著减少，对流散热效率明显下降。
②　冬季冰雪：刹车使用频次增加
冬季跑道易积雪结冰，需使用除冰液或刹车预位（防滞系统高频介入），且着陆后为防止打滑，飞行员可能频繁点刹调整轨迹，导致刹车 “短时高频摩擦”。
（二）人的因素：机组的操纵习惯，技术级别等因素
1.其中机长技术级别分别为
型别教员7起，资深机长3起，A2机长7起。其中型别教员/Tb，占比41%，资深机长/Ta，占比18%，A2机长占比41%。

技术级别方面主要是受派遣限制，兰州机场最低派遣是A2B，所以，技术级别都是级别较高。
2、机组的操作逻辑和习惯直接决定刹车使用的 “合理性”，不当操纵会显著增加无效热量。
（1）根据分析左右刹车压力差值
差值小于300PSI的有3起，占比18%，差值在300-600psi之间的有4起，占比23%，600-900psi之间发生9起，占比53%，1000psi以上有1起，占比6%。其中左右刹车压力差值最大的是1344psi。


其中刹车压力差值区间在600-900PSI之间占比最多为53%。差值大于600的事件占比59%，是导致刹车温度高的一个原因。
（2）根据分析刹车压力极值
最大值在1000psi以下的有2起，占比12%，刹车压力极值区间在1000-1500psi发生10起，占比59%，在区间1500-2000psi发生4起，占比23%，2000psi以上1起，占比6%。其中事件最多的区间为1000-1500psi有10起，最大刹车压力为2006psi。


其中刹车压力极值区间1000-1500psi之间占比最多为59%，大于1000psi占比88%，刹车压力大是导致温度高的一个原因。
（3）自动刹车的选择：根据统计有16起自动刹车选择3，占全部事件的94%，1起选择Max，占比6%。

自动刹车的选择越大，越容易产生温度高事件，在后面结合反推会有说明。
（4）依据解除自动刹车空速分析，在90-120kt之间发生5起占比29%，在60-90kt之间7起占比41%，在60kt以下有5起占29%。


其中解除自动刹车最大空速为115.575kt，最小速度小于45kt，60-90kt区间最多，发生7起，过早解除自动刹车对于刹车温度高有一定影响，但是影响不是主要。
接地后使用反推的时间

综合对比，接地后拉出反推的时间对刹车温度有一定影响，刹车温度正常的样例中大部分小于3秒，仅一起为8秒。
6）反推放出时速度。

拉出反推时的速度对于刹车温度也有一定影响，参考样例中大部分为大于130kt拉出反推。
（7）反推收上时速度。

对比样例事件，收上反推的速度均为50kt左右，反推在高速时减速效果较好，所以过早收回反推对于刹车温度虽然有一定影响，但是不算主要影响。
使用反推总时间。

使用反推的时间对于刹车温度的影响在于减轻刹车片的使用，所以尽可能使用反推对于刹车温度高有一定缓解。
三、刹车温度高分析结论
结合案例译码分析和与机组的交流总结出以下几点对刹车温度高的影响：
1.通过译码分析，仅讨论机组操纵方面，落地后拉出反推时间，自动刹车选择，反推使用时间，反推放出的速度，解除自动刹车空速这五项对于刹车温度的影响较大。
(1)自动刹车选择的是减速率，是通过扰流板，反推和机轮刹车减速一起作用的，扰流板伸出的角度和减速效率是一定的，在此不讨论，所以自动刹车选择对于刹车温度的影响是当你选择较大减速率时，在接地后拉出反推前，机轮刹车就要开始起作用，飞机速度越大，选择的减速率越高，机轮刹车的作用就越强，这就解释了落地后拉出反推时间，自动刹车选择，反推放出的速度这三项对于刹车的影响较大的原因了，
(2)对于解除自动刹车空速的影响，人工刹车的刹车压力是最大的，在大速度解除自动刹车其实破坏了飞机自动刹车系统的平衡，在高速时反推和扰流板减速较好，可以发挥他们的作用，消耗更多的能量，这样对于机轮刹车起主导作用减速时的压力就小一些。
(3)反推使用时间的问题，前面提到反推在高速时减速效果较好，尽可能地使用反推，对于机轮刹车有一定辅助和缓解作用。
对比刹车温度高事件案例中，在这五项数据中有一定的不足，看下面几个案例：
①　案例一：接地后拉出反推及时，但是在速度112kt时就解除自动刹车，
②　案例二：在60kt解除自动刹车，但是接地后6秒拉出反推，
③　案例三：接地后3秒拉出反推，45kt解除自动刹车，反推使用22秒，都正常，他的刹车温度高是因为，落地时一发反推故障，仅用了一侧的反推。
2.刹车温度高的影响因素还有：左右刹车压力差值，刹车压力极值，反推收上时速度。
(1)左右刹车压力不平衡也是导致刹车温度高的因素，左右刹车压力不一致在侧风着陆时比较常见，
(2)刹车压力极值大主要是受跑道长度，脱离道口的影响指在接地后在速度较大时施加较大的刹车压力，这个值一般远大于正常刹车压力值，也会导致刹车温度高。
(3)反推收上时速度对于刹车压力的影响主要是指速度较大时收上反推，绝大多数机组收上反推都在60kt左右。
这三项数据对于刹车温度有一定影响，但是并不是常见或者主要影响因素，但是机组也应该重视。
3.跟部分机组交流，对于刹车温度高还有以下几个客观因素
(1)顺风的影响，尤其是高原机场，本来地速就大，公司17起事件中，10起存在顺风的影响，占比较大。
(2)来自管制的压力，塔台的催促，要求尽快脱离。
(3)过长的平飘，面临冲偏风险，在绵阳的刹车温度高事件中，受绵阳机场短跑道的影响，机组采取了较大的刹车压力。
(4)落地后较长的滑行，兰州新机场落地后滑行时间较长且部分滑行道是下坡，机组要多次使用刹车控制转弯和滑行速度。
(5)新更换的刹车片，这个因素来自与机务的交流，新的刹车片比旧刹车片更容易积聚能量，更容易出现刹车温度高的情形。
(6)机组的经验，有的机组会有疑问，同样的场景同样带飞方式，为什么这次就出现刹车温度高，由于公司部分飞机没有安装刹车温度监控，在这些飞机上不会出现告警，但是并不代表刹车方法是正确的，还是要参考手册，使用正确的方法。
四、操作建议
1.着陆滑跑阶段
（1）创造好入口条件，严格入口四要素（速度、高度、方向、油门）的控制，开始拉平后，柔和将油门杆收到慢车，避免平飘。参考【FCTM 第6章着陆，拉平和接地】
（2）充分利用反推：飞机接地后，核实扰流板手柄升起，迅速使用最大反推会使自动刹车系统把刹车压力减到最小。与最大反推相比，使用最小反推可能使刹车能量要求翻倍，并导致刹车温度远高于正常。参考【FCTM 第6章着陆，机轮刹车，最低刹车加热】
（3）尽量使用自动刹车：根据实际减速需求，在达到滑行速度之前尽量保持自动刹车工作。参考【FCTM 第 6 章着陆，机轮刹车，自动刹车】
2.自动刹车的选择
在安全裕度足够的情况下，建议选择较小的自动刹车，咨询了其他公司在兰州的刹车温度情况，近半年均未发生刹车温度高事件，对比发现，其中一项差异就是他们自动刹车选择2居多，咱们公司普遍选择自动刹车3最多，根据第一条建议也可以看出，自动刹车选择3，选择了较高的减速率，在减速过程机轮刹车就会有更高的工作负荷和能量积累，飞机减速主要还是依靠机轮刹车，在高速阶段积累能量又是最多的，所以，建议在安全裕度足够的前提下，选择较小的自动刹车。在低速阶段人工刹车介入对于刹车温度的影响就要小一些了。
注：如果自动刹车接通但是对停机距离没有把握，PF 应立即实施足够的人工刹车，确保在剩余跑道上减速到安全的滑行速度。大速度断开自动刹车有安全风险。（参考《飞行机组训练手册》6.50；《机组标准操作程序》1.5-8）
3.着陆阶段自动刹车过渡到人工刹车
从自动刹车过渡到人工刹车的速度取决于飞机减速率、跑道条件和停机要求。通常情况下，在达到滑行速度之前减速板保持放出。当过渡到人工刹车时，按需使用反推，直到滑行速度。当接近跑道头，即橡胶沉积影响停机能力时，使用减速板和反推尤其重要。从自动刹车系统过渡到人工刹车时，PF 应通知 PM。断开自动刹车的技巧可能影响旅客舒适度以及停机距离。像正常停机一样，柔和踩刹车脚蹬，直到自动刹车系统解除预位。自动刹车系统解除预位后，柔和松开脚蹬。（参考《飞行机组训练手册》6.51）
4.滑行阶段使用人工刹车的注意事项
（1）调整飞行员座椅和方向舵脚蹬，确保在方向舵最大偏转时可施加最大刹车。人工刹车时要柔和、均匀地踩下刹车脚蹬，避免用力过猛，注意左右脚用力的均衡性。参考【FCTM 第 6 章着陆，机轮刹车，人工刹车】
（2）滑行期间，飞行员的脚跟应该放在地板上，只有当要求使用刹车以减慢滑行速度时，或当在停机坪和停机位附近操作时，才可踏在刹车踏板上。参考【SOP 第一部分 总则 第五章 设备管理与使用原则 5.2 脚蹬】
（3）在滑行过程中，正确地使用刹车是指稳定地踩刹车来使飞机减速。在达到较低速度时（大约 10 节），松开刹车。飞机加速后，重复上述刹车过程。避免长时间用刹车来控制滑行速度，这样做会导致刹车温度升高并加剧刹车磨损。
注：对于碳刹车（如安装），刹车的磨损主要与刹车使用次数有关。例如，一次稳定刹车比多次点刹车磨损要小。参考【FCTM 第 2 章地面操作，滑行】
（4） MAX 与 NG 机型刹车能量差异的原因在于 MAX LEAP-1B 发动机的推力更大，为避免在滑行期间频繁使用刹车，条件允许情况下，MAX机型尽量保持慢车推力滑行。
（5）着陆后的滑入过程中，如滑行距离较长，在满足公司规定的情况下尽量使用单发滑行程序，以减少刹车使用。
5.防滞不工作时的刹车
当防滞系统不工作的时候，参照 QRH、FCTM 要求执行。特别提示：
（1）着陆前，应根据最不利的情况来评估防滞系统不工作下的所需跑道着陆距离，建议使用尽可能长的跑道。当遇到短跑道或湿滑跑道情况时，建议选择合适的着陆机场；
（2）考虑调整最佳机组力量上座，建议机长左座操纵；
（3）着陆后立即使用最大反推；
（4）使用刹车前确保前轮在地面且减速板放出、反推展开（如适用）；
（5）考虑跑道长度和状况，在确保安全的前提下，尽可能在轮速较低时开始使用刹车，起始轮刹时用非常轻的脚蹬压力，并随着地速的减小逐渐增加压力；
（6）不要点刹车，施加稳定的脚蹬压力。每次松开刹车时，都会增加停机距离，而且再次施加刹车时，脱胎或爆胎的可能性也会增加；
（7）小重量着陆或高轮速刹车更需格外小心；
（8）做好轮胎爆破的预案工作。（参考 QRH、《飞行机组训练手册》）
作者：飞行部二大队徐灿灿