中国航空制动领域“隐形冠军”的求索之路 2023-05-26 

  

本报通讯员强楠 刘建军
  天幕拂晓,东方既白,迎着清晨第一缕朝阳,大国重器腾空而起掠过天际,划出美妙弧线。沿着广阔国境放目远眺,群山之巅,空中突击旅利剑出鞘,英姿飒爽;海疆之南,舰载机编队万里巡弋,迈向深蓝;苍穹之上,航空飞行员挺膺担当,刀尖炫舞。共和国蓝天卫士一次次突破性能包线、突破生理极限,完美演绎了青春梦想与使命担当的交响,他们无愧为“长空之王”。
  新时代十年,强军非凡十年。十年来,人民军队响应伟大号召,铭记领袖嘱托,向着全面建成世界一流军队的目标加速迈进;十年来,航空人厚植家国情怀,矢志奋斗强军,为建军百年目标实现和国防现代化建设持续贡献力量。
  时光荏苒,初心如磐。航空工业制动发轫于“一五”时期156项重点工程,投身于新中国航空制动专业的起步创立,奋进于改革开放“军转民”探索尝试,磨砺于航空产品激烈的市场竞争,如今正阔步走在建设新时代航空强国的伟大征程上。68年来,制动怀揣“航空报国、航空强国”的初心使命,围绕产业链部署创新链、围绕创新链布局产业链,以推动国防装备建设和地方经济发展为己任,深耕航空机轮、刹车系统、刹车材料等领域自主创新,打破世界航空大国的技术垄断局面,不断用创新打造制动硬科技的金色光芒,用情用力回答高质量发展的时代命题,全心全意交出坚定履行“兴装强军”首责的“制动答卷”。
  飞机“刹车”——克服严苛点到为止
日常生活中,刹车随处可见,应用于飞机停放、转弯、起飞、空中、着陆等阶段的飞机“刹车”更加复杂,这其中属着陆刹车最为关键。很多飞机在降落时速度超过200千米/时,这么高的速度要在有限跑道上平稳刹停,确保每次安全着陆刹车,对飞机的安全性、可靠性、舒适性至关重要。从能量角度看,着陆刹车是一个将动能转热能的过程。以空客A380为例,它在着陆期间所转化的能量约等于“将200辆小汽车同时举起到接近东方明珠那么高”所需的能量。此外,着陆过程中若遇到机场侧风、跑道积水、路面结冰或操作不当,飞机可能会出现刹车抖动、机身倾斜、偏离跑道等情况,刹车力过大时甚至还会“抱死”,造成爆胎、冲出跑道等严重后果。因此,飞机的每一次着陆,对航空机轮、刹车系统、刹车材料都是严苛的考验。
  作为专业从事航空机轮、刹车系统、刹车材料等航空产品研发生产的重点保军企业,自1955年9月29日诞生时起,航空工业制动就始终坚守报国初心、牢记光荣使命,抓牢历史主动、适应形势要求,展现了航空机轮刹车的“国家队”、航空制动专业领军者、制动产业开拓者的责任担当,彰显“点到为止”的强劲力量,为新中国航空制动专业的进步发展作出了突出贡献。
  航空机轮——与时俱进持续提升
航空机轮主要由“机轮组件”和“刹车装置”两部分组成,作为承载飞机重量的“脚”,其重要程度不言而喻。其中,随着铝镁合金、铝锂合金材料在工业领域的应用发展,机轮组件的制备技术经历了砂型铸造、钢模铸造、模锻、等温锻、精模锻等提升过程,1970年后,锻造铝合金机轮研究取得成功并率先应用于国产军民机,标志着我国已掌握航空机轮现代化制造关键技术。为保证产品质量,随着工艺技术的演变检测手段经历了X光探伤、在线金相监控、有限元强度计算、应力分析校核、表面滚压强化等方法的扩充丰富,确保了我国的航空机轮研制水准与国际专业发展进程保持整体同步。
  刹车装置作为航空机轮的关键组成部分,在漫长的专业发展进程中发生了重大变化。其结构大致经历了“弯块式、软管式、盘式”的递进,组成材料经历了“有机半金属、粉末合金、高温碳基”的演变,发展至今已形成粉末合金、高温碳基复合材料为主流的“盘式”产品架构。经过动力执行机构以及系统工作介质的演变,目前的刹车装置性能已经得到了长足的提升,有效保障了我国各类航空装备的配套需求。
  刹车系统——追赶超越不断创新
飞机机轮刹车系统是保障飞机起飞、着陆安全的关键机载系统。涉及系统集成、控制逻辑、刹车材料、能量回馈等多种技术,研制涉及机械、材料、自动控制、结构力学、热力学、电子信息等诸多领域。合格的飞机机轮刹车系统须克服极端温度、振动冲击、湿滑跑道等严苛条件,满足各类复杂工况,保障安全起降。应急刹车,其实是飞机着陆的最后一道安全屏障,它的可靠性是重中之重,在各种不利条件叠加的紧急情况下,启动应急刹车使飞机迅速刹停甚至可能导致爆胎,但为了保证飞行员和飞机机身的安全,这是极端状态下的“弃车保帅”。上述特点决定其成为飞机中最复杂、最重要的分系统之一。
  从“机械惯性液压刹车系统”,到后来的“模拟电子式液压刹车系统”,再到“多余度数字电传液压刹车系统”和“全电刹车系统”,回望刹车系统的“前世今生”,一代代制动人始终重视专业技术研究,积极跟踪产业发展前沿,用执着的精神、顽强的意志走出了一条新中国航空制动创新发展追赶超越之路。2012年,制动打破西方对全电刹车技术的垄断,使我国掌握了这一国际先进技术;2017年,制动与国内高校、院所联合研制的“飞机电液自馈能刹车装置和防滑控制新技术”获得国家技术发明二等奖。多型先进飞机的成功列装,标志着我国已成为少数几个掌握多轮系大型飞机刹车系统设计及验证技术的国家之一。
  刹车材料——攻坚克难精“碳”一跃
  飞机刹车材料被誉为航空制动技术上的“王冠”,世界航空工业强国历来注重此方面的研究。航空刹车在上世纪30年代采用橡胶块、石棉树脂块、石棉纤维增强树脂基复合材料,随着飞机重量增加和着陆速度提高,有机、半金属材料成为了彼时的主角;上世纪60年代前后,金属基粉末合金刹车材料逐渐跻身主流;上世纪70年代,轻量化、高热容、高寿命、低成本成为行业热捧,碳/碳复合材料凭借优异的性能表现脱颖而出,但制备技术的高难度、高成本一度令业界困扰,但经过不懈努力,现已成功地应用于我国各类军民用飞机。
  在此期间,制动开创了研制中国碳基刹车材料的先河,创造了该领域国内多项第一,打破了美、英、法三国的技术垄断,使中国成为世界上第4个掌握碳基刹车材料制备技术的国家。1998年,碳/碳复合刹车材料在重点型号飞机上实现了首飞;2003年,碳/碳复合刹车材料获得中国第一个TSOA技术标准批准书,伴随“新舟”60飞出国门。目前,碳/碳复合刹车材料成功应用于军机和民机使用,并拥有民航总局颁发的波音757、波音737-800、空客A318/319/320刹车盘PMA(碳刹车盘零部件制造人)证书。
  开拓进取的制动人并未放慢求索的脚步。通过校企合作,优势互补,公司与高校团队联合研制“碳/陶刹车技术”突破多项技术难题,历经5年,形成五大技术发明点,获得19项国家专利并于2008年装机成功首飞,使我国成为世界上首个将该技术成功用于飞机上的国家。2016年,碳/陶刹车技术获得国家技术发明二等奖,2018年,实现舰载机试飞应用,碳/陶刹车完成精“碳”一跃。
  技术革新创新永无止境,按照“应用一代、储备一代、研发一代、探索一代”的技术发展模式,制动已经着手研究适用于未来需要的新材料、新技术,努力研制出更高性能、更低成本的新一代刹车材料,使我国航空刹车材料技术水平始终处于世界领跑地位。
  “隐形冠军”——科技筑底实力为基
善战者,无赫赫之功。制动能成为中国航空制动领域“隐形冠军”,凭的是“报国强军”的大情怀、“精益求精”的高标准、“创新为核”的硬科技和“善战必胜”的真本事。“十三五”期间,制动拥有授权专利160余项,154项科技项目获得国家级、省部级、公司级科技成果奖。高温碳基复合材料制造技术已向民用领域转化,产业链延伸到高温碳基复合材料预制体制造,铸造航空机轮技术延伸到锻造航空机轮技术,具备了与国际厂商同台竞技的实力,彻底改变了少数发达国家对航空制动先进技术的垄断局面。
  制动拥有国内规模最大、试验能力最强、试验工位最多的航空机轮刹车专业试验中心,为机轮刹车产品的研发鉴定、质量一致性检查及合格交付提供了有力保障;大型电惯量动力试验台、机轮径侧向载荷试验台、机轮疲劳试验台、刹车系统半物理仿真实验室,有效满足了各类产品级验证需求;起降系统地面综合动态试验平台的建设投入,满足各类军民用飞机的起降系统地面综合动态性能的验证需求;中国合格认定国家认可委员会(CNAS)认证及国防实验室(DILAC)试验扩项及重点实验室建设稳步推进,完备的试验验证体系不断延伸着飞机机轮刹车的“最后一公里”,标志着中国航空起降系统地面综合集成动态性能验证能力领跑世界。此外,公司拥有国家级航空起降专业博士后科研工作站、陕西省博士后创新基地、西安市院士专家工作站、博士后创新基地等各类高层次创新型科技人才引智平台,由数十项国家军用标准和航空行业标准、30余项航空工业标准组成的标准体系,以及完善的“正向设计”研发体系和客户服务保障体系,为“隐形冠军”的含金量不断加码。
  使命重在担当,实干铸就未来。制动将继续深入学习贯彻落实党的二十大精神和习近平强军思想,聚焦“大军品、大防务”,锚定“创新制动、数智制动、人文制动”的总体部署,统一思想、统一意志、统一行动,不断增强使命感、责任感、紧迫感,踔厉奋发,忠诚报国,全力开创航空制动高质量发展新局面,以高尚情怀、突出作为、实际行动,为实现建军一百年奋斗目标和国防现代化建设贡献制动力量,把平安带给每一次飞行起降!