قرص مكابح الطائرات

قرص مكابح الطائرات سيميكوريكس ليس كبيرا، ولكنه أحد المكونات الأساسية في الطائرة، ولا يقل أهمية عن محرك "القلب" وجهاز التحكم في الطيران "الدماغ". كما هو الحال مع مبدأ مكابح السيارات، فإن المقاومة الحرارية لمكابح الطائرات فقط هي التي تتطلب درجة أعلى، وعادةً ما تستخدم نظام مكابح متعدد الأقراص. الالفراملعلى العجلات توفر غالبية تأثير التباطؤ، حيث تحول الطاقة الحركية الهائلة للطائرة إلى طاقة داخلية لقرص مكابح الطائرة. عندما تواجه الطائرة حالة طوارئ أثناء التحرك بسرعة عالية وتحتاج إلى إلغاء الإقلاع، فإن فرامل الطوارئ تضع أقراص المكابح تحت اختبار أكثر شدة، مما يؤدي إلى تسخينها بسرعة إلى حالة السخونة الحمراء.

تستخدم أنظمة فرملة الطائرات (باستثناء طائرة بوينغ 787) بشكل عام تقنية الفرملة الهيدروليكية. يقوم المحرك بتشغيل مضخة هيدروليكية، والتي تحول الضغط المنخفض إلى ضغط مرتفع وتنقل هذا الضغط إلى مشغلات الفرامل عبر الخطوط الهيدروليكية. تقوم مشغلات المكابح بالدفع والضغط على قرص مكابح الطائرة، ويعمل الاحتكاك بين الأقراص على توفير عزم دوران يمنع العجلات من التدحرج، مما يقلل من سرعة إقلاع الطائرة.

يبدو هذا بسيطًا، لكنه في الواقع معقد جدًا. ولأن الطائرات تهبط بسرعات عالية، فإنها تحتوي على كميات هائلة من الطاقة. وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة، تحتاج الطائرة إلى الاعتماد على عاكسات الدفع وأنظمة الكبح لامتصاص هذه الطاقة الهائلة (يساعد السحب الديناميكي الهوائي أيضًا) لإيقاف الطائرة. أثناء عملية الاحتكاك، يقوم قرص مكابح الطائرة بتحويل معظم الطاقة الحركية للطائرة إلى طاقة حرارية؛ ولذلك، فإن درجة حرارة التشغيلأقراص الفرامللا يقل عن عدة مئات من درجات مئوية.

علاوة على ذلك، تم تصميم أنظمة مكابح الطائرات لتأخذ في الاعتبار العديد من الظروف غير المتوقعة التي قد تحدث أثناء التشغيل، مما يضع متطلبات أعلى على عاتق الطائرةأقراص الفرامل. على سبيل المثال، ماذا لو واجهت الطائرة موقفًا مفاجئًا أثناء تحركها بسرعة عالية على المدرج استعدادًا للإقلاع واحتاجت إلى إلغاء الإقلاع؟ أو ماذا لو اكتشفت الطائرة خللاً في النظام بعد وقت قصير من إقلاعها واحتاجت إلى العودة، ولكن لا يمكن نشر اللوحات والشرائح بالكامل في هذا الوقت؟ في حالة حدوث هذه الظروف غير المتوقعة، يحتاج قرص مكابح الطائرة إلى امتصاص طاقة أكبر بكثير مما يحدث أثناء الهبوط العادي.

يجب أن تتحمل المواد المستخدمة في صناعة أقراص مكابح الطائرات الاحتكاك ودرجات الحرارة المرتفعة. ما هي المواد التي يمكن أن تلبي هذه المتطلبات؟ الجواب هو المواد المركبة الكربون الكربون. استخدمت الطائرات المبكرة أقراص مكابح فولاذية مصنوعة من مسحوق المعادن، والتي عانت من عيوب مثل الوزن الثقيل، وضعف الأداء في درجات الحرارة العالية، وقصر العمر. بالمقارنة، توفر أقراص المكابح المصنوعة من الكربون/الكربون أداءً فائقًا وهي أخف بنسبة 40% من أقراص المكابح الفولاذية (بالنسبة للطائرات الكبيرة ذات العجلات المتعددة، يؤدي هذا إلى تخفيض الوزن بمئات الكيلوجرامات أو حتى الأطنان)، وبالتالي تكتسب تطبيقًا واسع النطاق.

المواد المركبة من الكربون/الكربونهي مواد مركبة تتكون من ألياف الكربون كالهيكل العظمي والكربون كمصفوفة. يمكن أن تكون ألياف الكربون على شكل إطار متواصل ثلاثي الأبعاد أو ألياف قصيرة مقطعة موزعة بشكل عشوائي؛ يتم الحصول على مصفوفة الكربون عن طريق تشريب الراتنج أو القار الكربنة، أو عن طريق الانحلال الحراري وترسيب الغازات الهيدروكربونية (مثل الغاز الطبيعي أو البروبان).

بعد عقود من البحث، اكتسبت المواد المركبة الكربونية/الكربونية التي تنتجها العمليات الحديثة خصائص مثل القوة النوعية العالية، والمعامل النوعي العالي، ومقاومة درجات الحرارة العالية، وخصائص الاحتكاك والتآكل الممتازة، والتي يمكنها تلبية متطلبات الأداء الشامل للمواد الفضائية تحت درجات الحرارة العالية وظروف السرعة العالية.