سیستم ترمز هواپیما و نقش آن در ایمنی فرود
کليد واژه : سیستم ترمز هواپیما و نقش آن در ایمنی فرود

پیشرفتهای بوجود آمده در تکنولوژی مواد ٬ روشهای طراحی و آزمونهای بعد از ساخت موجب گردیده که در کیفیت و کارائی ترمزهای هواپیمایهای جت امروزی بطور چشمگیری بهبود حاصل شود و بدون اینکه فضای بیشتری را اشغال کند دارای وزن کمتری نسبت به ترمزهای قدیمی باش

د. بکارگیری مواد مرکب و فلزاتی که نسبت استحکام به وزن آنها بالاست
و نیز استفاده از تحلیلهای پیچیده کامپیوتری از جمله عوامل کلیدی این پیشرفتها بحساب می آید. بهبود کیفی در کارائی ترمزها در آینده با استفاده از مواد پیشرفته عایق دار یا

دافع گرما٬ سازه های کامپوزیتی٬ سیستم های عمل کننده متناوب و سیستم کنترل گرمایی پیشرفته صورت خواهد گرفت.
سیستم های ترمز هواپیماهای امروزی از انواع اولیه که در آن برای بحرکت درآوردن هواپیما بر روی باند از چرخهای اتومبیل و برای کند کرد سرعت آن از پایه های کف دار دم هواپیما استفاده می شد٬ به مراتب پیشی گرفته است. چرخها و ترمزهای جدید بهم وابسته اند و در ساخت آنها از روشهای پیشرفته مهندسی استفاده شده است و نمونه های چندگانه ای از پیشرفت تکنولوژی مواد را به نمایش درآورده است.اجزای اصلی به کار رفته در سیستم ترمز یک هواپیمای پیشرفته امروزی بعنوان نمونه با قرار زیر است:
) ترمزی که در آن از یک سیستم هیدرولیکی با فشار زیاد استفاده شده و قطعات آن از

مواد کربنی ٬ تیتانیوم٬ فولاد با استحکام زیاد و آلومینیم ساخته شده تا بتواند گرمای بسیار زیاد را جذ

ب و سپس دفع کند.
۲) استفاده از یک سیستم کنترل ترمز یکپارچه و کامپیوتری با بهره گیری از سنسورها

 

ی پیشرفته و تکنولوژی کنترل ارتباط سینماتیک و عملکرد خودآزما.
۳) استفاده از چرخهایی که دارای شکل پیچیده ای بوده و از آلومینیوم با استحکام زیاد ساخته شده و دارای سپر حرارتی ایمنی بعد از خرابی باشد.
همچون سایر اجزای اصلی هواپیما٬ طراحی سیستم ترمز نیز با محدودیت ها و نیازهای ضد و نقیضی همراه است. وزن کم٬ کارائی بالا٬ تعمیرات اندک٬ قابلیت اطمینان زیاد٬ دوام زیاد و هزینه کم ویژگی هایی است که سیستم ترمز باید توامآ بهمراه داشته باشد.

در ادامه این بحث بر طرحهای اصولی بکار رفته در ترمز هواپیماهای امروزی و افزایش ایمنی فرود هواپیما نیز خواهیم پرداخت.
چرخ هواپیما و سیستم ترمز آن بصورت یکپارچه طراحی می شود ٬ آنچه که منطبق با ویژگی هوای یک هواپیمای مشخص و مورد نظر باشد. کارائی چرخ و ترمز آن با استفاده از طراحی کامپیوتری ٬ مداسازی پیچیده و روشهای شبیه سازی تحلیلی ٬ در مرحله طراحی به حد مطلوب می رسد.
چرخ هواپیما از نوع دو تکه ساخته می شود تا سوار کردن تایر آسان باشد و نیز دارای اندکی انحراف است تا فضای ترمز بیشتری را فراهم آورد. برای حفاظت چرخ ها در برابر گرمای حاصل از ترمز از پوششهای عایق استفاده می گردد. از طرف دیگر مکانیزم های ایمنی از قبیل فیوزهای حرارتی و سوپاپ های اطمینان در آن بکار می رود. سیستم ترمز ها از دیسک های ثابت و متحرک (چرخشی) چندلایه ای و اصطکاکی تشکیل یافته است. از دیسکهای اصطکاکی که قسمت اعظم گرما را به خود جذب می کنند٬ یوسیله اجزاء سازه ای چندی از قبیل پیستون های عمل کننده فشاری ٬ پوسته تنظیم٬ قسمت انتقال گشتاور ( که قشتاور را به ارابه فرود یا چرخ هواپیما منتقل می سازد ) و یک صفحه ترمز ثابت ( که بعنوان یک نگهدارنده سازه ای در جذب گرما عمل می کند) محصور گردیده است.
ترمز با فشار هیدرولیکی عمل می کند و انرژی جنبشی هواپیما را به گشتاور کند شونده ای مبدل می سازد. سیستم کنترل ترمز ٬ خود سطوح فشار ترمز را تعدیل می کند تا کارائی آنرا در متوقف ساختن هواپیما به حددلخواه برساند. ضمنآ یک سیستم ” ضد سُر خوردگی” در آن بکار رفته تا فاصله(تا زمان) متوقف ساختن هواپیما را بحداقل برساند ٬ هدایت سمتی را برای آن تامین نماید و از ترکیدن لاستیک ها جلوگیری به عمل آورد.
علاوه بر آن یک مکانیزم ترمز خودکار که فرامین مربوط به عملکرد کار پیش ترمز و میزان کاهش سرعت را آماده می سازد٬ می تواند بخشی از سیستم کنترل ترمز هواپیما باشد. سنسور های مریوط به سرعت چرخها ٬ دستگاه پردازش علائم یا دستگاه مقایسه گر (کامپیوتری) و سوپاپ های تنظیم ٬ جملگی از اجزای عمده سیستم کنترل ترمز هواپیما بشمار می رود. تکامل چرخ هواپیما از انواع چرخهای پرده دار اتومبیل آغاز شده ٬ چرخهای ریخته گری آلومینیومی وهنگری (فورج) استفاده می شود.
چشمگیرترین پیشرفت در طراحی چرخهای هواپیما٬ کاهش وزن و حجم و افزایش کارایی آن است. عمده ترین اهداف در طراحی چرخهای هواپیما بشرح زیر خلاصه می شود:
۱) افزایش عمر چرخشی
۲) تداوم ایمنی بعد از خرابی
۳) بکارگیری سیستمهای محافظ گرما
۴) افزایش ایمنی در برابر پوسیدگی و فساد
که در قسمت سوم این مقاله به شرح هریک خواهیم پرداخت …
افزایش عمر چرخشی: یکی از آزمایشهایی که برای ارزیابی کیفی چرخهای هواپیما انجام می شود٬ بررسی میزان عمر چرخشی آن می باشد. (این مقدار اکنون از ۲۵۰۰۰ مایل در مورد هواپیماهای حمل و نقل ارتشی مانند C.۱۷ تا ۵۰۰۰۰ مایل برای هواپیماهای جت مسافربری امروزی متغییر می باشد.)
۲) تداوم ایمنی بعد ار خرابی: چرخهای هواپیماهای امروزی طوری طراحی شده تا در مقابل خرابی های حاصل از خستگی مقاومت داشته و عیوب مرگبار و انفجار آمیز را درپی نداشته باشد (که شامل طراحی چرخهایی می شود که بعد از به وجود آمدن حداکثر خرابی در آن٬ در لبه حمله چرخها یا در محل قرار گرفتن طوقه داخلی لاستیک در روی رینگ خللی وارد نگردد.
۳) افزایش ایمنی در برابر پوسیدگی و فساد: با بکارگیری سیستمهای محافظت در برابر خوردگی و پایین آوردن میزان تنش در سطوح حساس چرخ و انجام عملیات تشخیص خوردگی و زنگ زدائی بطور مکرر٬ از میزان نقیصه هایی که در چرخ هواپیما بوجود می آید و منشاء آن خوردگی و زنگ زدگی می باشد کاسته و به حداقل رسانده می شود.
۴) بکارگیری سیستم های محافظ گرما: بهبود در توانایی های ترم

ز هواپیما بویژه ترمز کربنی ٬ با افزایش گرماپذیری آن (در هنگام گرفتن ترمز) حاصل گردیده است. ایجاد حفاظ گرمایی در چرخ ٬ ایجاد محدودیت در مسیر جریان حرارت ٬ خنک کردن چرخ٬ نصب مهره های ذوب شونده برای خنک کردن محیط یاد شده لاستیک ٬ از جمله ترفند های کلیدی در طراحی چرخهای پیشرفته امروزی است که برای جلوگیری از وقوع فاجعه در نظر گرفته شده است.
علاوه بر اهداف فوق ٬ نوع لاستیک بکار رفته در چرخ نیز در ط

راحی آن موثر است. لاستیک های رادیال و شعاعی ممکن است بار ها را به شکل متفاوتی بر چرخ اعمال نماید. بنابر این هنگام طراحی ٬ میزان این بارها بخصوص اگر تعویض پذیری آن مدنظر باشد باید بوسیله طراح مراعات شود.
با توجه به این واقعیت طراحی چرخ هایی که بتواند چنین توقعات مشکل و فزاینده ای را برآورده سازد و از طرفی در میزان وزن و حجم آن نیز افزایش چندانی حاصل نگردد ٬ در واقع مقدار زیادی مدیون بکارگیری و توسعه روش های نوین و شبیه سازی های کامپیوتری می باشد. تکنیک های تحلیلی که در طراحی چرخ ها بخدمت گرفته می شود شامل تجزیه محدود سطوح تنش و مدل سازی حرارتی سیستمهای چرخ و ترمز می باشد.
با استفاده از روش کامپیوتری ٬ چرخ هواپیما از موادی ساخته می شود که بتواند بارهای وارد را تحمل کند٬ عمر آن زیاد و ویژگی های حرارتی و وزن آن اندک باشد. با استفاده از این روشهای کامپیوتری ٬ طراحی ٬ ساخت و ارزیابی مدلهای جدید چرخ در زمان کوتاهی صورت می پذیرد.
یکی از عوامل عمده که در توسعه و ساخت چرخهای هواپیماهای فعلی و آتی که نقش کلیدی دارد ٬ توجه به مواد تشکیل دهنده سازه چرخ می باشد . ویژگی های مواد فوق به صورت زیر است:
– مقاومت در برابر خستگی
– مقاومت در برابر حرارت زیاد
– مقاومت در برابر خوردگی
– قیمت ارزان و مناسب
گرچه سالهای بسیاری است که صنایع ار آلیاژ های آلومینیوم فورج شده ” ۲۰۱۴-T۶ ” یا ” T.۶۱ ” به عنوان فلز استاندارد برای ساختن چرخها استفاده می کنند٬ لیکن همچنان به بررسیهای خود برای جایگزین نمودن مواد جدید ادامه می دهند تا در کیفیت چرخ ها بهبود بیشتری حاصل شود.
در شاخه ترمز چرخهای هواپیماهای امروزی بود که متخصصان تکنولوژی مواد به یکی از ضروری ترین تحقیقات مورد نیاز در رشته خود پی بردند . ترمز٬ خود یک موتور گرمایی است که وظیفه آن جذب و مستهلک نمودن انرژی جنبشی است. چرخ هواپیما وسیله ای مطمئن برای حرکت هواپیما در روی زمین می باشد ٬ اما وسیله ای اضافی است که از توان مفید هواپیما در پرواز می کاهد ٬ به همین دلیل است که از طراحان خواسته می شود تا آنجا که امکان دارد آنرا کوچک و سبک بسازند.
بهبود های عمده ای که در ساخت ترمز هواپیماهای امروزی حاصل شده بقرار زیر است:
– عمر طولانی : تعداد دفعات نشست هواپیما بعد از هر مرح

له تعمیر اساسی از ۱۰۰ تا ۳۰۰ بار فرود برای هواپیماهای نظامی و جتهای مسافربری اولیه به ۹۰۰ تا ۲۰۰۰ بار فرود در هواپیماهای امروزی افزایش یافته است.
– وزن سبک : بکارگیری مواد با استحکام زیاد و چگالی کم٬ موجب کاهش وزن ترمز ها تا ۵۰ ٪ در مقایسه با ترمزهای فولادی مشابه شده است.
– ایمنی و قابلیت اطمینان : روشهای نوین آزمایشگاهی اکیفی در کارائی و قابلیت اطمینان سیستم های ترمز گردیده است.امروزه عواملی همچون شرایط گرمایی و دینامیکی ٬ درخلال عمر کاری ترمز بطور روزمره مورد ارزیابی قرار می گیرد. مهم ترین عامل در بهبود کیفی ترمز هواپیما ٬ پیشرفت در زمینه مواد اصطکاکی بکار رفته در آن و اتلاف حرارتی ترمز می باشد. ترمز فولادی استاندارد که در آن صفحات اصطکاکی سرامیکی بکار رفته موجب بهبود عمر سایشی و کارائی عمومی ترمز ها شده است . اما توسعه بکارگیری موا

د مرکب کربنی از چشمگیر ترین پیشرفتها در تکنولوژی ساخت ترمز هواپیما از لحاظ حرارتی آن به حساب می آید.
مواد کربنی دارای ویژگی های بی نظیری است که به

طراح اجازه می دهد با استفاده از آن ٬ همه وظایف سطوح اصطکاکی دیسک ترمز و جذب کننده ها و وظیفه اعضای سازه ای آنرا در یک قطعه ئاحد متمرکز سازد. در قسمت آخر مقاله به بررسی کامل ترمز های کربنی خواهیم پرداخت.
منبع : اوييشين بلاگفا