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小小的飞机轮胎,为何可以承载几百吨的机身?揭开飞机轮胎的奥秘

时间:2022-05-23 来源:唐山三捷环保科技有限公司

  宁静的天空突然随着尖锐的啸叫声被打破,飞机成功降落在跑道上,一场飞行任务完成。

  这时人们看向飞机不禁在内心发出一个疑问,飞机和它的轮胎完全不成比例,这真的不要紧吗?

  大家抱有这样的忧虑不是没有道理,毕竟在我们的常规认知中,似乎越大的装置就需要配备相应更大的装备才能满足任务需求,可飞机的轮胎看起来实在有些滑稽。

  在有记录的飞行事故中,飞机因爆胎出现的事故很多,整个飞行事故率不足0.004%。

  与汽车轮胎不同,尽管飞机轮胎比它大不了多少,但这可能是世界上结实的充气轮胎。

  飞机轮胎是如何进行制造的?飞机轮胎在加工处理方面与其他充气轮胎有什么不一样的地方?它是如何保障正常工作的?

  本文将从飞机轮胎制造、处理工艺这两个方面来揭开飞机轮胎的奥秘,接下来便一起看看小小的飞机轮胎,为何能承载几百吨的机身?

  保障降落的飞机轮胎

  飞机轮胎与我们常见的汽车轮胎相似,但又有很大的不同,从轮胎使用类型来讲,飞机轮胎基本都采用子午线轮胎或者斜交轮胎,这在汽车中也有利用,而且历史比飞机更久远。

  子午线轮胎设计来源于1914年,并在1916年由设计及轮胎设计亚瑟·W萨维吉获得制造专利。

  顺带说一句,这哥们儿造的99式杠杆很皮实耐用,至今已有100多年的历史。

  不过将这款轮胎发扬光大的是米其林公司,他们将子午线轮胎转投到商业市场,并在1946年用在了雪铁龙2CV上。

  当年由这款车型作为市场推广的主力打手,进入50年代后,子午线轮胎成功进入市场。

  后来的福特、倍耐力、固特异等众多大厂纷纷加入到子午线轮胎的设计生产中。

  进入现代后,子午线技术已经成为了汽车轮胎的标准设计,不过这在飞机上的推广使用则没有汽车这样迅速。

  基于飞机和汽车的工程学,两者即便都是用子午线轮胎都需要做出很大的改变,例如汽车的悬架系统,飞机的起落架装置。

  以飞机来讲,无论是民航客机还是战斗机,又或者是轻型飞机,它们在使用子午线技术的同时,还要调整许多参数,并且强化轮胎的胎面材料等。

  飞机在降落起飞的时候,轮胎要承受数十吨的压力,如何保障轮胎能够安全使用,这就需要工程师们发挥出他们的水平。

  飞机轮胎的“外家功夫”

  飞机轮胎每一次降落都会在每小时250公里速度下承受机身带来的重量,以典型的客机轮胎来讲,它们须承受38吨以上的负载。

  子午线轮胎的特别之处在于,这种轮胎经过了多层设计,并采用帘布层类型制造。

  飞机轮胎胎面仍旧是橡胶,通过硫化处理完成,在橡胶面内会有涂层帘线,帘线围绕轮胎圈延伸,并与胎面中心线大致成90°,而它的外壳基本上由不可伸展的橡胶带固定。

  如果是斜交轮胎,轮胎的外壳则由交替编制的橡胶涂层帘线构成,帘线同样也围绕胎圈延伸,但是它与胎面中心线的交替角度基本小于90°。

  硫化处理的橡胶面是一种重要的复合橡胶,这种复合配方可抵抗磨损、切割、碎裂和热量聚集。

  周向凹槽朝向胎面中,这被称作排水槽。

  当轮胎经过潮湿或者有积水的地面时,凹槽能够随着轮胎运动有效地将水从凹槽中排出。

  斜交轮胎能够提供额外的稳定性,并减少负载下的胎面变形,保护外胎层免受损坏,并且磨损痕迹能够成为磨损指示。

  而子午线轮胎与斜交轮胎相比没有太大不同,这张轮胎设计重量更轻,但同时强度也会降低,因此不同的飞机类型以及在不同情境下,轮胎类型也会有所不同。

  根据轮胎的充气方式不同,飞机轮胎也被分为内胎式轮胎和无内胎式轮胎。

  内胎式轮胎需要随时保障足够的气体来稳定轮胎使用,而无内胎轮胎主要由内衬构成,整体为橡胶衬里,它能够防止充气气体被扩散到外壳中。

  无论哪种类型的轮胎,胎面下必定是多层尼龙编织物或者芳纶织物组成的外壳,飞机要求的强度等级越高,这些编织层也会越多,轮胎的强度和可承载载荷也会越大。

  另外,轮胎的胎肩部分会为侧面提供支撑和保护,这是轮胎厚实的一个部位。

  多层橡胶和编织能够保护轮胎免受臭氧扩散对飞机轮胎造成的损坏,同时还可以让飞机在跑道转弯时保持形状。

  飞机轮胎的外层部分说完了,现在我们来看看飞机轮胎的内部又是怎么一回事。

  如何做到结实耐用?

  由于飞机轮胎完成这种多层设计后会变得很硬,它不能像汽车轮胎那样直接安装在轮毂上。

  飞机轮毂分为两个部分,内侧和外侧轮毂,它们与轮胎在中心对接,并用螺栓固定在一起,然后用氮气进行填充加压。

  飞机轮胎要想承载如此大重量的压力,这就使得飞机轮胎的胎压超过了大部分充气轮胎。

  一般来讲,飞机轮胎的充气压力能够达到200psi,也就是1379千帕,这大概是汽车轮胎充气压力的6倍。

  如果是战斗机,这个数值还将会更高,以F16战斗机为例,它的轮胎气压能够达到2206千帕。

  充气对飞行来讲至关重要,如果充气过度将会导致胎面磨损不均匀,牵引力降低,同时还会增加轮胎断面压力,并且还会影响其他车轮组件。

  而充气不足则更加危险,由于气压过低,胎面与地面的摩擦增加很容易引起轮胎过热,并引起不均匀的胎面磨损,缩短轮胎寿命。

  关键的是,过热的胎面会损坏轮胎内的橡胶编织物和化合物。

  这也是为什么会选择氮气作为飞机轮胎的填充气体,相比之下,氮气化学性质不活泼,属于惰性气体,并且不会燃烧。

  同时它还能减缓橡胶与空气之间的氧化作用,延缓橡胶老化。

  另外,干燥的氮气不含水蒸气,消除水分的影响后,轮胎压力因温度发生变化的数据曲线是可测的,这方便工程师们进行更好的设计。

  同时氮气的分子渗透效果比有氧分子稍慢,使用氮气能够减少胎压的下降。

  因此,氮气的使用进一步降低了轮胎的危险性。

  不过,使用这些手段仍旧不够,飞机轮胎还须再增加一个基本的保险措施,那便是易熔塞。

  易熔塞安装在轮毂内,如果车轮变得太热,塞子中的低熔点金属会熔化,由此达到一个安全放气的作用,同时释放出来的氮气还会被引导在制动器上帮助冷却。

  此外,轮毂外侧还会有一个过压安全阀,这是一种空心螺栓,里面有一个爆破片。

  如果氮气压力超过设计限制时,过压安全阀的破片便会让外轮毂圆盘破裂。

  以波音767客机为例,该机的泄压阀释放压力在2587~3100千帕之间。

  如果没有这项保险设计,飞机轮胎威力比手榴弹还要大,近距离炸成碎片。

  然后是一些电子感应设备,这些辅助设备能帮助机组人员随时监控飞机轮胎。

  掌控飞行着陆的安全

  胎压监测系统(TPMS),这是飞机轮胎中配备的压力传感器,它和汽车中使用的TPMS没什么区别,由传感器传导的数据会传送到飞机的操控面板。

  如果胎压过低,传感器便会发出警报。

  另外飞机轮胎还有一个刹车温度监测系统,基本上每个大型飞机都会配备这样的系统。

  当刹车温度达到高范围时,刹车警报灯便会亮起。

  同样波音767客机为例,如果高温范围在5~6时,车轮保险丝熔断迫使轮胎放气,如果刹车达到了7~9,机组人员就须离开跑道。(具体数值在每个飞机上并不相同,这里的5对应温度在371℃~427℃)

  通常来讲,一架飞机会有多组轮胎,大型客机在10组以上。

  多轮胎的使用可以让轮胎载重实现大化,同时还能满足飞机的燃料使用需求。

  另外每组轮胎上的起落架会有缓冲装置,这些装置可以有效吸收降落产生的动能,保障降落安全。

  综合以上,再加之飞机的体积很庞大,这便显得轮胎更加小巧。

  不过大型客机的轮胎重量其实也不轻,波音747-8的主轮胎每个重量都在100公斤以上,而大多数硬件装配完毕的轮胎近250公斤。

  每架飞机的轮胎使用次数基本在400~500次起飞降落,达到更换标准后可能会翻新或者换新。

  飞机轮胎虽小,却承载数十吨的重量,人类工程师们费尽心思才完成了这项工程,这是材料与工程学的胜利。