时速几百公里，刹车盘怎样刹住几百吨的飞机？
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导语 ：碳基复合材料一直是时速公认的耐高温摩擦材料的“扛把子”，中国制造从碳/碳到碳/陶被用来生产刹车盘和其他耐高温结构件 ，车盘中国的样刹C919 、舰载机 、住百歼击机和运输机等10多种先进飞机广泛应用国产刹车盘 。飞机
一 、时速管家婆一码一肖免费公开飞机这样的车盘庞然大物 ，是样刹怎么刹车的 ？
可别小看这飞机的刹车盘 ，它却是住百飞机的关键部件之一 ，与飞机的飞机“心脏”发动机和“大脑”飞控一样，同等重要 。时速
和汽车其实原理一样 ，车盘飞机着陆时 ，样刹只是住百耐热性能要好很多 ，普遍使用多片刹车系统机轮上的飞机刹车提供了绝大部分减速效果 ，把飞机巨大的动能转化为刹车盘的内能，当飞机在高速滑跑中遭遇突发情况，需要中断起飞时，紧急制动使刹车盘经受更加严酷的考验 ，急剧升温到红热状态 。
飞机刹车系统测试
飞机刹车系统一般采用液压制动技术（波音787除外） ，由发动机为液压泵提供动力 ，液压泵将低压转换为高压 ，通过液压管路将压力传输给刹车作动器 。澳门一肖一码必中一肖期期精准刹车作动器推动压紧刹车盘 ，通过刹车盘间的摩擦 ，提供阻止机轮滚动的力矩，以减小飞机滑跑速度。
这个听起来简单 ，其实一点儿都不简单 。因为飞机着陆时速度很快 ，蕴含巨大能量，根据能量守恒定律 ，飞机需要依靠反推装置和刹车装置去吸收掉这个巨大能量（当然气动阻力也能帮一点忙） ，才能使飞机静止下来 。刹车盘在摩擦过程中 ，把大部分飞机动能转化为热能 ，因此 ，刹车盘的工作温度至少在几百度 。
飞机刹车盘
不仅如此 ，飞机刹车系统在设计时，还要考虑许多运营中可能出现的意外情况 ，这对刹车盘提出了更高要求。比如飞机在跑道高速滑跑准备起飞时 ，遇到突发状况需要终止起飞 。又比如飞机起飞不久发现系统故障需要返回 ，而且这个时候襟缝翼又无法完全打开。澳门今期开奖结果开奖查询这些意外状况一旦发生 ，那么刹车盘就需要吸收比正常着陆情况大得多的能量 。
飞机刹车盘结构
二 、飞机降落时，刹车盘要吸收多大能量 ？
由于飞机有着更高的速度与重量对刹车盘的挑战最严酷 ，需要开展“最严酷着陆停止试验”来验证刹车盘是否满足设计需求 。
在这个试验工况下 ，飞机比正常着陆情况更重（油箱几乎是满的）、速度更快 、气动阻力更小（襟缝翼不能完全打开） 、反推装置关闭 ，几乎全靠刹车盘吸收飞机动能 。
那么这种情况下 ，刹车盘要吸收多大能量呢 ？按照飞机重78吨、以200节速度着陆来计算的话 ，这个能量大约是360兆焦。按照高中物理学到的知识 ，1焦耳能量可以把1N（牛顿）物体举起1米 。假设这个1N的物体是颗小苹果 ，那么360兆焦的能量可以把3.6万吨苹果举起1米 ，或者把这颗小苹果举起36万公里——这差不多是地球到月球的距离 。
这时的刹车盘由于吸收了巨大的能量，温度急剧上升 ，能达到一千多度，高温使其呈现明亮的橙色，看上去就像一颗滚烫的火球 。
试验中
，高温碳盘呈现明亮的橙色
制造飞机刹车盘的材料既需要扛得住摩擦又得耐得了高温 ，什么材料能满足这样的条件呢 ？答案就是 ，碳/碳复合材料 。
三 、意外带来的惊喜 ：碳/碳复合材料
早先飞机使用的是粉末冶金的钢制刹车盘，存在重量大 、高温性能差 、寿命短的缺点 。与之相比 ，碳/碳复合材料刹车盘具有更加优异的性能 ，且比钢制刹车盘减重40%（对于有多个机轮的大飞机 ，就是数百千克乃至上吨的减重效果） ，因而获得广泛应用 。
钢刹车和碳刹车对比
所谓碳/碳复合材料，是以碳纤维为骨架 、碳为基体构成的复合材料 。其中碳纤维的形态可以是连续纤维构成的立体框架，也可以是无序分布的短切纤维；碳基体由浸渍的树脂 、沥青炭化得到，或由碳氢化物气体（如天然气 、丙烷）热解沉积而来 。
它的发现过程是个意外的惊喜 。1958年 ，Chance vought航空公司在研究碳纤维/酚醛树脂复合材料时 ，发生了一些失误 ，使树脂基体未被氧化而发生了热解形成基体碳 ，这是世界上首次发现碳/碳复合材料 。
碳纤维/酚醛树脂复合材料是一种应用广泛的树脂基复合材料。碳纤维树脂基复合材料由于具有较高的比强度 、比模量 、较好的延展性、卓越的抗腐蚀性等特点 ，被广泛应用在航空航天等工业领域 ，其研究较早 、“知名度”较高 ，所以在许多人的概念里 ，复合材料就等同于碳纤维树脂基复合材料 。
四 、飞机碳刹车盘是怎样造出来的
经过几十年的研究，现代工艺生产的碳/碳复合材料已经具备高比强、高比模 、耐高温 、摩擦磨损性能优异等特点 ，能够很好地满足航空航天对材料在高温 、高速条件下的综合性能要求。因此，碳/碳复合材料已经成为新一代航空航天材料发展的重点方向之一。
刹车盘事关航空安全 ，有非常高的壁垒 ，法国赛峰 、美国霍尼韦尔等巨头垄断了全球80%以上的飞机刹车盘市场。
以法国航空巨头——赛峰（Safran）公司生产碳刹车盘的过程为例 ，首先对层层平铺的碳纤维进行针刺。
碳纤维毡
使一部分纤维转到垂直方向，把各层连接起来，形成碳纤维毡；多层碳纤维毡堆叠 、针刺得到多孔的碳纤维预制体；浸渍树脂炭化，并采用化学气相浸渗法沉积热解碳 ，填充碳纤维之间的孔隙 ，实现致密化；
快速沉积在表面的碳形成硬皮 ，须通过机械加工去除 ，以利于后续的浸渗 ，并加工出刹车盘的形状；
致密化和加工要反复多次进行 ，直至达到所需的密度和尺寸，随后喷涂磷酸盐等抗氧化涂层；最后进行两三千度的高温热处理 ，使无序的热解碳发生石墨化 ，提高刹车盘的热导率 ，改善摩擦性能 。
四 、C919大型客机用上国产复合材料刹车盘
从1972年起 ，中航工业西安航空制动科技有限公司（西安制动）在国内率先开展碳刹车材料研究，于1983年成功研制出第一代国产碳刹车盘。目前我国已有多家企业能够生产碳刹车盘，应用于歼10 、ARJ21 、C919等军民用飞机 。
2008 年 ，由西安制动与西北工业大学联合研制的碳/陶刹车盘实现国际上首次装机应用 ，并推广到舰载机、歼击机 、预警机等多个机型，获2016年国家技术发明二等奖。
目前 ，C919大型客机刹车盘使用的就是国产碳基复合材料 ，其供应商同时也为波音757 、空客320等机型提供刹车盘 。
C919大型客机
，它的刹车盘正是由碳碳复合材料制成
由于刹车盘属于耗材 ，大约一两千次起降就必须更换 ，使用国外进口刹车盘费用较高 。在市场需求的拉动下 ，国内材料厂商纷纷开始研制民机碳刹车盘 。
碳复合材料的涂层一直是国内外研究的重点 。由于碳/碳复合材料在370度左右开始氧化 ，材料性能下降 ，因此 ，其在有氧环境下使用，必须在表面制备抗氧化涂层 。涂层除了要有良好的抗氧化性和抗烧蚀性外 ，还要与碳/碳复合材料具有较好的化学物理相容性和相近的膨胀系数。
C919刹车盘非摩擦面使用硼磷系涂层 ，在高温的工作环境下 ，可以有效延缓氧气在材料内部的扩散 ，提高材料使用寿命 。一般的刹车盘可能在一千多个起降后就要更换 ，而C919的刹车盘经过疲劳试验 ，证明可以达到两千个起降 。
除了涂层 ，碳纤维预制体和增密工艺也对碳/碳复合材料的性能产生重要影响 。这方面 ，国外一般使用预氧化丝编织碳纤维预制体，它的优点是纤维柔韧性好 、易成型 ，但是强度较低 。而C919刹车盘使用的碳/碳复合材料 ，使用有机纤维编织碳纤维预制体 ，虽然编织难度大 ，但是形成的预制体强度要高得多。同时 ，它还采用化学气相渗透和液相浸渍复合的增密工艺 ，提高了材料的密度 ，使材料的高能刹车摩擦系数大大提升 。
随着飞行器速度越来越快 ，其对耐高温材料的要求必然越来越高 。作为耐高温材料界的“实力担当”，碳/碳复合材料的研究显然方兴未艾。
目前 ，国内有机构研究出一种耐3000度超高温多元陶瓷碳/碳复合材料，将多元陶瓷与碳/碳复合材料融合，利用陶瓷高熔点、高强度 、高耐磨等特性 ，进一步提高碳/碳复合材料的耐高温性能和力学性能，创造了烧蚀材料耐高温的世界新纪录 。
结语：制动一小步 ，中国技术进步一大步 。目前 ，国内碳/碳刹车企业已发展成为一个产业 ，10多家专业企业，百花齐放 。国产飞机刹车盘从“跟跑”到“领跑 ，背后是新材料从实验室到工业生产的突破创新 ，我们相信 ，未来国产碳复合材料会在耐高温摩擦材料“实力担当”的道路上越走越远 。
参考文献：
[1] 飞机刹车系统的防滑刹车（Anti-skid）原理
[2]《中国民航报》. 中国飞机刹车盘领先全球成功启示录
[3] 高速制动场景催生碳碳/碳陶刹车材料需求
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