国产C919飞机使用国产刹车盘碳/碳复合材料

日前，国产C919三机三地同飞，经过多年打磨的国产大飞机C919技术已经日渐趋于成熟，我们对C919进入民航市场充满了希望。据悉，C919后续将开展颤振、空速校准、载荷、操稳和性能等科目的试飞。

刹车制动性能是民航大飞机最重要的性能之一，刹车盘是飞机的刹车装置，需要具有极强的耐摩擦、耐高温性能，国内外普遍使用碳/碳复合材料制造民航飞机用刹车盘，国产C919大飞机同样使用了先进的碳/碳复合材料制造国产刹车盘。

大飞机刹车系统的工作原理

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。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。

这个听起来简单的刹车盘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。

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，这对国产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，遇到突发状况需要中止起飞。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。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。

上面提到的两种意外状况中，第二种对国产刹车盘的挑战最严酷，飞机设计师要开展“最严酷着陆停止试验”来验证国产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，几乎全靠国产刹车盘吸收飞机动能。

那么这种情况下，国产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。

这时的国产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。

飞机刹车盘使用碳/碳复合材料

复合材料指由两种或两种以上异质、异型、异性材料（一种作为基体，其他作为增强体）复合而成的具有特殊功能和结构的新型材料。除了碳纤维树脂基复合材料以外，还有碳/碳复合材料、金属基陶瓷复合材料等。

顾名思义，碳/碳复合材料是以碳纤维为增强体，其他碳质材料为基体的复合材料。碳/碳复合材料在研究初期发展缓慢，直到1969年，第yi批兼具高性能和低成本的聚丙烯腈（PAN）基碳纤维被商业化，并成为碳/碳复合材料的增强体，使得碳/碳复合材料在强度上取得了显著进步，碳/碳复合材料的特殊性能才开始引起工程界关注。

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。

C919大型客机用上国产碳/碳复合材料

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。

国产大飞机C919目前使用的是国产碳/碳复合材料刹车盘，其供应商同时也为波音757、空客320等机型提供刹车盘。

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/碳复合材料具有广阔的发展前景。