سیستم ترمز هواپیما

نویسنده: حسین عبادی 

تعریف کلی ترمز(brake)

توضیحات کلی ترمزهای هواپیما، برای هواپیماهای زمینی، تقریباً به طور انحصاری بر روی چرخ‌های اصلی قرار دارند، اگرچه در طول سال‌ها هواپیماهایی وجود داشته‌اند که دارای ترمز چرخ دماغه‌ای نیز بوده‌اند. عملکرد ترمزها از یک اهرم منفرد که همه ترمزها را به طور متقارن اعمال می کند، روی پدال های پاشنه دار، تا کنترل های ترمز با انگشت پا که در پدال های سکان تعبیه شده اند، تکامل یافته است. با کنترل های پا، توانایی اعمال ترمزهای چپ یا راست به طور مستقل وجود داشت که امکان استفاده از ترمز دیفرانسیل را برای هدایت هواپیما در طول عملیات زمینی و حفظ کنترل جهت در آن بخش از برخاست یا فرود زمانی که سرعت هوا برای آیرودینامیک بسیار کم است، فراهم کرد. در هواپیماهای اولیه، انتقال ورودی کنترل ترمز به دستگاه ترمز مکانیکی بود ( اغلب از طریق کابل). البته این روش  ناکارآمد بود و فقط در هواپیماهای کوچک می توانست به طور موثر مورد استفاده قرار گیرد. راه حل توسعه ترمزهای فعال هیدرولیکی بود و این استاندارد در اکثر هواپیماهایی که امروزه پرواز می کنند استفاده میشود . در هواپیماهای کوچک، سیستم ترمز  می تواند توسط یک سیلندر اصلی تغذیه شود و نیازی به پمپ های هیدرولیک ندارد. در هواپیماهای بزرگتر، پمپ ها برای تامین فشار و حجم سیال هیدرولیک لازم مورد نیاز هستند. در تلاش مستمر برای توسعه هواپیماهای سبک تر و کارآمدتر، ترمزهای فعال الکتریکی در برخی از جدیدترین نسل هواپیماهای مسافربری شروع به کار کرده اند.

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 پوشش های عایق استفاده می گردد. از طرف دیگر مکانیزم های ایمنی از قبیل فیوزهای حرارتی و سوپاپ های اطمینان در آن به کار می رود. سیستم ترمزها از دیسک های ثابت و متحرک (چرخشی) چند لایه ای و اصطحکاکی تشکیل یافته است. از دیسک های اصطحکاکی که قسمت اعظم گرما را به خود جذب می کنند ٬ به وسیله اجزا سازه ای چندی از قبیل پیستون های عمل کننده فشاری ٬ پوسته تنظیم ٬ قسمت انتقال گشتاور (که گشتاور را به ارابه فرود یا چرخ هواپیما منتقل می سازد) و یک صفحه ترمز ثابت (که به عنوان یک نگهدارنده سازه ای در جذب گرما عمل می کند) محصور گردیده است.

طراحی سیستم ترمز

 هواپیماهای اولیه دارای یک سیستم ترمز واحد بدون پشتیبان یا افزونگی بودند. این امر توسط اپراتورها غیرعملی و از سوی مقامات نظارتی غیرقابل قبول تلقی می‌شد، بنابراین تولیدکنندگان به زودی سیستم‌های ترمز قوی‌تری را در طراحی‌های خود وارد کردند. برخی از راه‌حل‌های قبلی به سادگی از بین رفتن پمپ هیدرولیک اولیه و پمپ‌های دستی یا پمپ‌های هیدرولیک الکتریکی رانده می‌شوند تا منبع جایگزین فشار هیدرولیک را فراهم کنند. این راه حل ها خرابی های ناشی از از دست دادن مایع ( سیال )  را برطرف نکردند و ناکافی تلقی شدند. برای غلبه بر این مشکل، برخی از تولیدکنندگان مانند Convair یک سیستم هوای فشرده را برای ترمز اضطراری در طرح های خود قرار دادند. در حالی که نیاز به فراهم کردن وسیله ای مستقل برای فعال کردن ترمزها را برآورده می کرد، از این جهت که اجازه ترمز دیفرانسیل را نمی داد و مخزن حاوی مقدار محدودی از هوای فشرده بود، محدود بود. افزونگی ترمز در اکثر هواپیماهای مسافربری بزرگ امروزه با سیستم های هیدرولیکی متعدد و مستقل که توسط انباشته ها پشتیبانی می شوند، به دست می آید. این سیستم‌ها اجازه می‌دهند چندین لایه خرابی بدون از دست دادن کامل قابلیت ترمزگیری ایجاد شود.

اجزائی اصلی بکار رفته در سیستم ترمز هواپیما به شرح ذیل هست

۱- ترمز که که در ان سیستم هیدرولیکی با فشار زیاد استفاده شده ، قطعات ان از مواد مرکب کربنی، تیتانیوم فولاد با استحکام زیاد و الومینیوم ساخته شده تا بتوانند گرمای بسیار زیاد رو جذب و سپس دفع کنند

۲ استفاده از یک سیستم کنترل ترمز یکپارچه و کامپیوتری با بهره گیری از سنسور های پیش رفته و تکنولوژی کنترل ارتباط سیستماتیک و عملکرد های خود آزما.

۳-  استفاده ار چرخ هایی که دارای شکل پیچیده ای بوده و از الومینیوم با استحکام زیاد ساخته شده و دارای سپر حرارتی ایمن بعد از خرابی باشد.

* از رایج ترین این ساختارها می توان به ترمزهای آیرودینامیکی اشاره کرد که وابسته به طراحی هواپیما، بر روی بال ها و یا انتهای دم نصب می شوند. در صورتی که بر روی بال ها تعبیه شود، مهار کننده نیروی بالا برنده (Lift Spoiler) یا (Lift Damper) نام دارد که علاوه بر کاهش سرعت، نیروی بالا برنده (Lift) که توسط بال ها تولید می شود را کاهش می دهد. در واقع این ساختار، همان صفحاتی هستند که عموما پس از فرود، از روی بال ها باز می شوند. بکار بردن واژه عموما، بدین خاطر است که از آن ها در طول پرواز نیز می توان استفاده کرد. حال آنکه اگر در انتهای دم نصب شود، مانند هواپیمای BAE146، آن را ترمز هوایی (Air Brake) می نامند که تنها منجر به افزایش نیروی بازدارنده می شود. از جمله ترمزهای هوایی دیگر که پس از فرود در اکثر هواپیماهای نظامی و همچنین شاتل فضایی استفاده می شود، می توان به چتر بازدارنده (Drag Chute) اشاره کرد که در اصل همان چتری است که به منظور کاهش سرعت، باز می شود

‏Anti-skid System

سیستم ضد لغزش با مکانیسم های مختلف، سرعت هواپیما را با سرعت چرخش هر چرخ اصلی مقایسه می کند. اگر سرعت هر چرخی نسبت به سرعت هواپیمای موجود خیلی کند باشد، ترمز آن چرخ (یا چرخ ها) به طور لحظه ای رها می شود تا سرعت چرخ افزایش یابد و از لغزش چرخ جلوگیری شود. این سیستم کاملاً خودکار است و بلافاصله پس از چرخش اولیه چرخ در هنگام فرود (که در آن زمان فعال شدن ترمز ممکن است (یا ممکن است) مهار نشود) تا حداقل سرعت محدود طراحی شده فعال است. معمولاً حدود 15 گره است. سیستم‌های ضد لغزش برای به حداقل رساندن سقوط در آب و آسیب احتمالی لاستیک که می‌تواند هنگام قفل شدن چرخ یا چرخش با سرعتی که با سرعت هواپیما مطابقت ندارد رخ دهد، طراحی شده‌اند. ضد لغزش احتمال لغزش های لاستیکی معکوس ناشی از قفل شدن چرخ ها را از بین می برد. یک سیستم ضد لغزش همچنین فاصله توقف در سطوح نامرغوب مانند شن یا چمن را تا حد زیادی بهبود می بخشد و به ویژه بر روی سطوح آلوده به آلاینده های یخ زده مانند یخ یا لجن با اطمینان از حداکثر شکستن مؤثر مؤثر است.

‏Auto-brake Systems

سیستم‌های ترمز خودکار را می‌توان در هنگام برخاستن، جایی که حداکثر ترمز را در صورت رد شدن برخاست، و در هنگام فرود که نرخ برنامه‌ریزی شده کاهش سرعت (بسته به سطح ترمز خودکار انتخاب شده) را با استفاده از تنها یک ترمز انجام می‌دهند، استفاده کرد. . این ویژگی ها برای بهینه سازی استفاده از ترمز با توجه به نیاز و به حداقل رساندن سایش ترمز ترکیب می شوند.

‏Brake Fans

فن های ترمز با استفاده از فن های برقی چرخ دار برای دمیدن هوای محیط در مجموعه ترمز و چرخ، زمان خنک شدن ترمز را کاهش می دهند. توجه داشته باشید که حداکثر دمای توصیه شده برای برخاستن همانطور که روی صفحه ابزار نشان داده شده است ممکن است بسته به استفاده یا عدم استفاده از فن های ترمز مقدار متفاوتی داشته باشد.

‏Parking Brake

ترمز دستی معمولاً با انتخاب اهرم دستی اعمال می شود. اگر قرار است فشار هیدرولیک برای نگه داشتن تنظیمات ترمز دستی برای مدت طولانی پس از خاموش شدن موتورها و دیگر در دسترس نبودن منبع اصلی فشار هیدرولیک، به طور کلی به باتری های هیدرولیک نیاز باشد. در برخی از انواع، فشار ترمز دستی به مرور زمان از بین می رود و ترمزها در نهایت رها می شوند. همه هواپیماها باید پس از پارک شدن خفه شوند تا از حرکت ناخواسته جلوگیری شود.

بهبودهای عمده‌ای که در ساخت ترمز هواپیماهای امروزی حاصل شده به شرح زیر است:

عمر طولانی:
تعداد دفعات نشستن هواپیما بعد از هر مرحله 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 ترمزها تا ۵۰% در مقایسه با ترمزهای فولادی مشابه شده است.

ایمنی و قابلیت اطمینان:

روش‌های نوین آزمایشگاهی از قبیل شبیه‌سازی طیف‌های ترمز از مراحل فرود کامل هواپیما، بمقدار زیادی موجب ارتقاء کیفی در کارآئی و قابلیت اطمینان سیستمهای ترمز گردیده است. امروزه عواملی همچون شرایط گرمائی و دینامیکی، درخلال عمر کاری ترمز بطور روزمره مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.