浅谈Vmbe丨飞机的各种速度

旅行   2024-09-18 13:28   广东  

在上一篇中我们讨论了Vtire,属于轮胎的物理限制。还有一个与刹车有关的限制速度,即VMBE,最大刹车能量速度。

飞机刹车是一个非常有趣和复杂的课题。飞机刹车是一个将动能转换为热能的过程。刹车的主题有很多不同的方面:它的能量吸收能力、它的散热特性、可能影响飞行操作的剩余刹车能量、过站冷却时间等等。

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刹车的原理

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刹车是一种机械装置,旨在吸收动能并将其转化为热量,从而降低飞机的速度。飞行员将压力施加到刹车上的一圈液压活塞上。这些活塞将旋转制动盘(“转子”)和非旋转制动盘(“定子)的“叠”压在一起。刹车的转子与车轮一起旋转,定子固定在刹车外壳上,不旋转。转子和定子之间产生的摩擦吸收了飞机的动能,使其变慢。

在中断起飞或着陆期间,刹车吸收了大量的飞机动能。刹车将这些动能转化为热量,而热量的大小取决于启动停车的速度。

当刹车在使用中反复使用时,其质量会降低,因为转子和定子会因摩擦而逐渐磨损。磨损导致的刹车质量降低。意味着在吸收一定能量的情况下,磨损的刹车会比新刹车更热,现行规则要求,最大刹车吸收能力的测试必须在磨损到其允许磨损的100%的制动上进行。

如果高温超过安全限度,可能会导致轮胎漏气,甚至刹车起火,有可能对飞机造成严重损害。因此,我们发现有必要通过测试来确定刹车能安全地吸收多少能量。一旦知道这一点,我们必须确保中断起飞的速度永远不会高于产生等于刹车最大能力的能量的速度。这也就是VMBE速度的意义所在。

在高能中断起飞的情况下,刹车会变得非常热,刹车温度将超过2000华氏度。早期的钢制刹车如果过度使用,可能会融化。新的“碳”刹车不会融化,但可能会变成白色。过热的刹车会导致刹车起火。

在执行中断起飞或着陆时,飞机停下来会受到以下里的作用:

-刹车制动力FB

-气动阻力D

-推力FN

-重力在倾斜跑道上的分量Fslope

总结下来,飞机的动能可以表示为与速度关系的函数:

飞机的动能与上述几个力做功的关系如下:



因此我们可以总结:

  1. 降低刹车作用力,其他力保持不变,将会增加飞机停止所需距离,并减少刹车所吸收的能量;

  2. 通过使用反向推力,其他力保持不变,将会减少飞机停止所需距离刹车所吸收的能量;

  3. 上坡跑道可以产生阻力,将会减少飞机停止所需距离,下坡跑道产生加速力,将会增加飞机停止所需距离;

  4. 逆风有助于降低给定空速下的刹车速度,减少吸收总动能,从而减少刹车吸收的能量,顺风反之。
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VMBE的影响因素
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VMBE 是给定重量下飞机的最大起飞速度,是通过认证的速度,在不超过刹车能量吸收限制的情况下,中断起飞可以施加刹车并全停下,且飞机不损伤的速度。

1.以真实地速为单位表示的VMBE,且不会受到高度和温度的影响。但通常飞机的起飞速度是指示空速(IAS)或校准空速(CAS),校准空速为单位的VMBE将取决于起飞高度和温度以及跑道上的风分量。

2.VMBE是最大的V1。如果必须要执行中断起飞,那么必须在V1之前使用刹车,以确保飞机的加速停止距离不超过可用距离。所以,V1永远不能超过VMBE。

因此VMBE决定了V1的上限,飞机在起飞过程中不能超过VMBE的限制。

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VMBE的认证
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FAA的认证参考AC 25-7D《Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes

FAA Part 25.109(i)

从AC中可以概要出以下几点

1.对于滑行刹车测算需要至少3英里,全发,慢车推力,三次刹车全停

2.飞机主轮刹车允许磨损至完全磨损极限(即100%)

3.最大刹车动能加速—停止距离的飞行试验演示必须在飞机的每一个机轮刹车剩余不大于所允许的刹车摩损范围的 10%状态下实施。

4.即使机轮着火,机上人员撤离不受影响,且停止前5分钟不使用灭火器或人工冷却剂。

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