Disc de frânare a aeronavei

Discul de frână a aeronavei Semicorex nu este mare, dar este una dintre componentele esențiale ale avionului, este la fel de important cu motorul „inima” și controlerul de zbor „creierul”. La fel ca și principiul frânei automate, doar rezistența la căldură a frânelor aeronavei necesită mai mult și, de obicei, utilizează un sistem de frânare cu mai multe discuri. ThefraneMaterialele folosite la fabricarea discului de frânare a aeronavelor trebuie să reziste atât la frecare, cât și la temperaturi ridicate. Ce material poate îndeplini aceste cerințe? Răspunsul este materialele compozite carbon carbon. Avioanele timpurii foloseau discuri de frână din oțel din metalurgia pulberilor, care sufereau de dezavantaje precum greutatea mare, performanța slabă la temperatură ridicată și durata de viață scurtă. În comparație, discurile de frână din compozit carbon/carbon oferă performanțe superioare și sunt cu 40% mai ușoare decât discurile de frână din oțel (pentru aeronavele mari cu mai multe roți, acest lucru se traduce prin reducerea greutății de sute de kilograme sau chiar de tone), câștigând astfel o aplicare pe scară largă.

Sistemele de frânare a aeronavelor (cu excepția Boeing 787) utilizează în general tehnologia de frânare hidraulică. Motorul alimentează o pompă hidraulică, care transformă presiunea joasă în presiune înaltă și transmite această presiune către actuatoarele de frână prin intermediul conductelor hidraulice. Actuatoarele de frână împing și apasă pe discul de frână a aeronavei, iar frecarea dintre discuri asigură un cuplu pentru a împiedica rularea roților, reducând astfel viteza de decolare a aeronavei.

Sună simplu, dar de fapt este destul de complex. Deoarece aeronavele aterizează la viteze mari, ele conțin cantități enorme de energie. Conform legii conservării energiei, aeronava trebuie să se bazeze pe inversoare de tracțiune și sisteme de frânare pentru a absorbi această energie enormă (de asemenea, rezistența aerodinamică ajută) pentru a opri aeronava. În timpul procesului de frecare, discul de frână a aeronavei transformă cea mai mare parte a energiei cinetice a aeronavei în energie termică; prin urmare, temperatura de funcționare adiscuri de franaeste de cel puțin câteva sute de grade Celsius.

În plus, sistemele de frânare ale aeronavei sunt concepute pentru a ține seama de multe circumstanțe neprevăzute care pot apărea în timpul funcționării, impunând cerințe și mai mari asupradiscuri de frana. De exemplu, ce se întâmplă dacă o aeronavă întâmpină o situație bruscă în timp ce rulează cu viteză mare pe pistă care se pregătește pentru decolare și trebuie să întrerupă decolarea? Sau ce se întâmplă dacă o aeronavă descoperă o defecțiune a sistemului la scurt timp după decolare și trebuie să se întoarcă, dar flapsurile și lamelele nu se pot desfășura complet în acest moment? În cazul acestor circumstanțe neprevăzute, discul de frână a aeronavei trebuie să absoarbă mult mai multă energie decât în ​​timpul unei aterizări normale.

Materialele folosite la fabricarea discului de frânare a aeronavelor trebuie să reziste atât la frecare, cât și la temperaturi ridicate. Ce material poate îndeplini aceste cerințe? Răspunsul este materialele compozite carbon carbon. Avioanele timpurii foloseau discuri de frână din oțel din metalurgia pulberilor, care sufereau de dezavantaje precum greutatea mare, performanța slabă la temperatură ridicată și durata de viață scurtă. În comparație, discurile de frână din compozit carbon/carbon oferă performanțe superioare și sunt cu 40% mai ușoare decât discurile de frână din oțel (pentru aeronavele mari cu mai multe roți, acest lucru se traduce prin reducerea greutății de sute de kilograme sau chiar de tone), câștigând astfel o aplicare pe scară largă.

Materiale compozite carbon/carbonsunt materiale compozite compuse din fibră de carbon ca schelet și carbon ca matrice. Fibrele de carbon pot fi sub forma unui cadru tridimensional continuu sau a unor fibre scurte tăiate aleatoriu; matricea de carbon se obține prin impregnarea rășinii sau carbonizarea smoală, sau prin piroliză și depunere de gaze de hidrocarburi (cum ar fi gazul natural sau propanul).

După zeci de ani de cercetare, materialele compozite carbon/carbon produse prin procese moderne au dobândit caracteristici precum rezistență specifică ridicată, modul specific ridicat, rezistență la temperatură ridicată și proprietăți excelente de frecare și uzură, care pot îndeplini bine cerințele de performanță ale materialelor aerospațiale în condiții de temperatură ridicată și viteză mare.