具有大厚度差结构的飞机碳刹车盘及其维修方法一、技术领域
本发明涉及A321型飞机碳刹车盘组件及其维修工艺方法,具体说是一种
具有大厚度差结构的飞机碳刹车盘及其维修方法。
二、技术背景
碳刹车盘是目前世界新型飞机上所用的刹车盘,它属C/C复合材料,目前
美、英、法、中四个国家生产居多。中国也是近年来才在技术方面有了新的突
破,逐渐的通过产品定型,用在军机和民航飞机上。碳刹车盘组件中,随机轮
一起转动的称作动盘,安装在扭力筒上的不转动的称作静盘,四个动盘和三个
静盘相间隔排列,位于压紧盘和承压盘(压紧盘和承压盘位于整套碳刹车盘组
件的两端,安装在扭力筒上,是不转动的)之间固定为整体盘式结构,组成一
个完整的碳刹车盘组件。其中绝大多数飞机碳刹车盘的动盘、静盘的厚度都是
静盘较动盘厚1.5~2.0mm的结构。维修时,是将几套使用过的旧碳刹车盘中
选择出可以使用的,经过二合一(两片合为一片,用钢夹、铆钉或粘接剂固定
在一起)维修后,仅仅使用一个周期后报废。这样不但碳刹车盘的利用率低,
而且浪费了大量的宝贵材料。
三、发明内容
本发明是申请人、发明人在原“C/C复合材料刹车盘粘结工艺方法”、
“制造C/C复合材料刹车盘环形预制体及其编织工艺方法”、“小间隙装配钢
夹的飞机碳刹车动盘”等专利的基础上,设计一种具有大厚度差结构的飞机
碳刹车盘及其维修方法或者称作一种具有大厚度差结构的飞机碳刹车盘及其
循环维修方法。的是解决上述现有技术中存在的问题,在保证A321型飞机(其
他飞机型号也能够参考实施)碳刹车盘组件各性能达标以及组件总厚度不变的
前提下,根据A321碳刹车盘组件中动盘与静盘的厚度相差9.5mm,进行厚度
互换,实现在很大程度上增加碳刹车盘的使用次数,节约成本,提高碳刹车盘
的利用率。
本发明技术解决方案:为了理解方便,同时参看附图,图中标号放在括号
内。
方法、一种具有大厚度差结构的飞机碳刹车盘及其维修方法,飞机碳刹车
盘组件是由九个碳刹车盘组成,其中四个动盘(2)、(4)、(6)、(8)和三个静
盘(3)、(5)、(7)相间隔排列,并位于压紧盘(1)和承压盘(9)之间装配
固定为整体盘式结构,其中初始装机结构为A型结构-总厚度为一个定值,动
盘厚为一个定值,静盘厚为一个定值,压紧盘厚为一个定值,承压盘厚为一个
定值,将已使用一个周期的碳刹车盘进行分解、检查、维修、配套、验收;其
特征是:维修时,其中静盘比动盘要厚5mm-10mm范围内,在保证飞机碳刹
车盘组件各性能达标和碳刹车盘组件总厚度L不变的前提下,将动盘厚度和静
盘厚度进行互换,压紧盘(1)和承压盘(9)厚度始终不变;新的标准动盘最
多只能维修两次,即其维修后作为二合一加厚动盘使用或者作为二合一标准动
盘使用;新的标准静盘最多只能维修三次,即其维修后作为标准压紧盘(1)
或厚度为一个定值的薄静盘使用、或作为二合一标准静盘使用,或者作为二合
一的厚度为一个定值的薄静盘使用;至少保证有一个新动盘和固定的标准承压
盘(9)始终为新的不维修。
A型产品-所述的一种具有大厚度差结构的飞机碳刹车盘及其维修方法,
其特征是:由九个碳刹车盘组成的飞机碳刹车盘组件,其中初始装机结构为A
型结构——总厚度223.5±1mm,动盘厚21.5mm,静盘厚31.0mm,压紧盘厚
21.5mm,承压盘厚23.0mm,其中静盘比动盘厚9.5mm;在九个碳刹车盘中,可
替换的压紧盘(1)、四个动盘(2)、(4)、(6)、(8)和三个静盘(3)、(5)、
(7)最多用维修的碳刹车盘7个,一套碳刹车盘组件中,至少保证有一个新
动盘和固定的标准承压盘(9)始终为新的不维修,维修后的动盘、静盘和新
动盘、新静盘在安装结构排列遵循相间隔排列原则,所说的二合一加厚动盘为
定值31.0mm,薄静盘厚度为定值21.5mm。
B型产品-所述的具有大厚度差结构的飞机碳刹车盘循环维修方法制作
的飞机碳刹车盘,其特征是:由飞机碳刹车盘组件A型结构使用一个周期后维
修成飞机碳刹车盘组件B型结构,在B型结构中,是在使用一个周期后的A
型结构的飞机碳刹车盘中,使用过的动盘经二合一维修成两个加厚动盘,使用
过的静盘维修成两个薄静盘和一个标准压紧盘,再加入两个新的标准动盘,一
个新的标准静盘和一个新的承压盘。
A1型-所述的具有大厚度差结构的飞机碳刹车盘循环维修方法制作的飞
机碳刹车盘,其特征是:由飞机碳刹车盘组件B型结构使用一个周期后维修成
飞机碳刹车盘组件A1型结构,是在B型结构的飞机碳刹车盘中,使用过的二
合一的加厚动盘维修成两个标准动盘,使用过的标准静盘维修成一个标准压紧
盘,使用过的薄静盘经二合一维修成一个标准静盘,再加入两个新的标准静盘
和两个新的标准动盘及一个新的承压盘。
B1型-所述的具有大厚度差结构的飞机碳刹车盘循环维修方法制作的飞
机碳刹车盘,其特征是:由飞机碳刹车盘组件A1型结构使用一个周期后维修
成飞机碳刹车盘组件B1型结构,是在使用一个周期后的A1型结构的飞机碳刹
车盘中,使用过的标准动盘经二合一维修成两个加厚动盘,使用过的标准静盘
维修成一个标准压紧盘,使用过的二合一标准静盘经二合一维修成两个薄静
盘,一个二合一的标准静盘,再加入两个新的标准动盘及一个新的承压盘。
本发明的优点和效果:
1、在保证飞机碳刹车盘组件各性能达标以及碳刹车盘组件总厚度不变的
前提下,根据A321碳刹车盘组件中动盘和静盘的厚度相差9.5mm,进行厚度
互换,对部分用过的碳刹车盘实施循环维修。维修时,厚的碳刹车盘磨损后维
修成薄的碳刹车盘,薄的碳刹车盘磨损后维修成二合一的厚碳刹车盘,二合一
的厚碳刹车盘磨损后维修成二合一的薄碳刹车盘。因为动盘和静盘的外形尺寸
是截然不同的,故动盘只能维修成动盘,静盘只能维修成静盘或压紧盘,如此
反复1-3次,最多3次,实现很大程度上增加碳刹车盘的使用次数,节约成本,
提高碳刹车盘的利用率。这里的利用率是指碳刹车盘实际使用飞行次数和理论
使用飞行次数之比,例如:碳刹车盘K,理论飞行次数是1500次(到寿命后
报废),经维修3次后,碳刹车盘K总共飞行次数为4000次,那么,碳刹车盘
K的利用率为267%。上面所说的碳刹车盘K,不是指组件,它是锁定到某个
碳刹车盘,因为每次我们维修后,都有相应的维修记录,可以一一对应到某个
碳刹车盘,所以是可以算出某个碳刹车盘的利用率的。
2、为了保证发明设想能够实现,申请人对A321型碳刹车盘在不同的刹
车压力下进行了28次磨合刹车试验、92次摩擦性能/力矩特性、2次冷态静力
矩试验、1次热态静力矩试验、11次振动试验、3次湿态振动试验、3组湿态
正常着陆能量、9次温度/能量特性、1次中止起飞试验,共计174次试验,具
体试验结果和新盘实验结果见表1和表2。
表1新盘A321碳刹车盘设计着陆刹车试验结果
试验条件:刹车能量:37.1MJ 刹车速度:209.2km/h
表2维修盘A321碳刹车盘设计着陆刹车试验结果
试验条件:刹车能量:37.1MJ 刹车速度:209.2km/h
说明:上表数据是由试验报告中各试验项目所得数据整理而得到的关键数
据,上表所列的刹车压力、刹车距离、减速率、刹车力矩和动摩擦系数的数据,
足以说明碳刹车盘组件的刹车性能。
结论:通过对上述申请人的碳刹车盘与原件试验结果(数据)的比较,在
相同的刹车压力条件下,平均刹车力矩、刹车减速率、和摩擦系数均处在原件
的范围内,蓝太碳刹车盘与原件具有等同的刹车性能。所以在维修一次的基础
上再维修两次,既节约了成本,又提高了碳刹车盘的利用率。(上述试验是指
维修三次后的碳刹车盘的试验结果,所说的维修三次是指B1型结构的碳刹车
盘组件的试验结果)
3、循环维修的原理:过去专利申请人和发明人在上述标准的碳刹车盘磨
损后进行一次维修,使用一个周期整个碳刹车盘就淘汰了,浪费极大。在保证
飞机安全飞行和刹车设备功能完整的条件下,如何充分利用这些废旧碳刹车
盘,既要保证产品质量又要节约成本,是我们面临的严峻课题。通过我们对维
修一次并使用一个周期后的碳刹车盘的分解、化学分析、测量计算和多次的
RTO试验,结果表明:这种只维修一次的碳刹车盘还有很大的利用价值。因为
碳刹车盘磨损的主要是碳盘的摩擦表面,厚度有变化外,其内部组织结构和性
能方面几乎没有变化(氧化现象除外,这是申请人、发明人对使用过的碳刹车
盘做过许多次试验,和以前在对诸多机型的碳刹车盘维修经验中获取的),在
碳刹车盘总的外形尺寸无变化,碳盘表面无氧化、无划伤或碰伤、无裂纹以及
厚度在可修范围的,都是可以再次通过翻新使用的。具体翻新次数是根据碳刹
车盘在每个周期使用后具体参数而定,理论上A321碳刹车盘是可以循环修理
三次的,最多使用四个周期。
4、在A321型碳刹车盘经循环修理后使用效果好的基础上,其他机型的碳
刹车盘维修时也可以借鉴实施,扩大了应用范围,更多的提高了碳刹车盘的使
用价值。填补了国内在碳刹车盘循环修理技术方面的空白,使我国在对飞机碳
刹车盘维修领域有了更进一步的发展。
四、附图说明
图1是飞机碳刹车盘组件的A型结构示意图,图2是飞机碳刹车盘在A
型结构的基础上第一次维修后的B型结构示意图,图3是飞机碳刹车盘在B
型结构的基础上第二次维修后的A1型结构示意图,图4是飞机碳刹车盘在A1
型结构的基础上第三次维修的B1型结构示意图。
上述图中标号说明:1-压紧盘,2-动盘,3-静盘,4-动盘,5-静盘,6-
动盘,7-静盘,8-动盘,9-承压盘,10-压紧盘指示杆底座,11-动盘钢夹,12-
动盘铆钉,L-碳刹车盘组件总厚度,→-标准厚度盘,↑-加厚盘,↓-薄盘,
剖面线斜线代表新的碳刹车盘,网式的代表维修碳刹车盘。
五、实施方式
首先对发明创造中的有关名词进行解释及相关说明:
“标准、加厚、薄”——只代表厚度,和碳刹车盘的新旧以及维修方法
无关;“新的××盘”是指没有装机使用过的碳刹车盘;“二合一的××盘”是
指通过钢夹、铆钉或粘结剂将两片单盘固定连接在一起的碳刹车盘。另外,在
一套碳刹车盘组件中,承压盘不替换,均是新的标准承压盘,可替换的有压紧
盘、静盘和动盘,这里的静盘最多可替换三个,相应的动盘也只能最多替换三
个。也就是说,整套组件的九个碳刹车盘中,最多替换7个维修的碳刹车盘,
至少有2个碳刹车盘是新的。例如:三片静盘全部是维修件,那么最多只能添
加三个维修动盘来填补厚度差,决不能添加四片动盘,那样碳刹车盘组件总厚
度会发生变化。(这里所说的最多替换7个维修的碳刹车盘,数量7个是指饱
和状态,一般情况下,在保证至少2个新碳刹车盘的基础上来确定添加的维修
盘数量,一套碳刹车组件中,至少保证有一个新动盘和一个新承压盘。)
A型结构——表示原始的标准飞机碳刹车盘,没有经任何维修,即出厂使
用的产品;该初始装机结构各个碳刹车盘具有标准的厚度特征,即配套标准厚
度动盘和标准厚度静盘,以及标准厚度压紧盘和标准厚度承压盘;
B型结构——表示由A型维修后的结构,配套维修后的加厚动盘和薄静
盘,以及标准厚度压紧盘和标准厚度承压盘组成其不同厚度的特征;
A1型结构——表示由B型维修后的结构,其配套形式同A型结构;
B1型结构——表示由A1维修后的结构,其配套形式同B型结构;
标准动盘——表示厚度21.5mm的动盘,这里表示有新的单个碳刹车盘,
或者是经二合一维修后的碳刹车盘;(没有维修后的单个碳刹车盘)
加厚动盘——表示经二合一维修后,厚度为31.0mm的动盘;(只能二合一)
标准静盘——表示厚度31.0mm的静盘,这里表示有新的单个碳刹车盘,
或者是经二合一维修后的碳刹车盘;(没有维修后的单个碳刹车盘)
薄静盘——表示厚度21.5mm的静盘,这里表示有维修后的单个碳刹车
盘,也有经二合一维修后的碳刹车盘;(不含新的,新的静盘厚度31.0mm,厚
度21.5mm均是维修后的)
一个周期——表示碳刹车盘组件从装机使用到达到寿命为止称作一个周
期;
另外,在飞机碳刹车盘组件中,压紧盘不管是新的还是由静盘维修的,都
是标准压紧盘的厚度21.5mm,承压盘均是新的标准承压盘的厚度23.0mm,没
有维修件。
实施例1:参看图1,这是碳刹车盘组件结构图,如图所示,一个完整的
新的标准的A321型碳刹车盘组件结构是四个动盘和三个静盘相间隔排列,位
于压紧盘和承压盘之间固定为整体的盘式结构。A321碳刹车盘组件结构中,
动盘9个键上装上钢夹,用36个铆钉固定;在压紧盘两个指示杆孔上,装上
两套指示杆底座,并用铆钉铆紧;静盘和承压盘为裸盘。
实施例2:参看图2,在实行循环修理时,首先必须储备足够的A型结构
的碳刹车盘组件,否则,在一套对一套维修的情况下,是很难实施循环修理方
案的。图2是A321型飞机初始结构(图1所示的A型结构)的碳刹车盘组件
使用一个周期后,第一次翻新后的B型结构示意图,在保证符合企业标准《A321
型飞机碳刹车盘组件技术规范》(获局方批准)中的相关规定和碳刹车盘组件
总厚度(L=223.5±1mm)不变的前提下,进行维修。B型结构具体说明:
①.压紧盘1,由新的标准静盘(厚度31.0mm)使用一个周期后维修而成,
厚度为标准厚度21.5±0.05mm,压紧盘1作为维修碳刹车盘使用;标准静盘
和标准压紧盘厚度差为31.0-21.5=9.5mm,下同;
②.动盘2和动盘4,由新的标准动盘(标准动盘厚度21.5mm)使用一个
周期后,经二合一维修的加厚动盘,厚度为31±0.05mm,动盘2和4作为维
修碳刹车盘使用;
③.动盘6和动盘8,为新的标准动盘,厚度为21.5±0.05mm,其位置可
以和动盘2和动盘4互换,下同;
④.静盘3和静盘5,由新的标准静盘(标准静盘厚度31.0mm)使用一个
周期后维修而成的薄静盘,厚度为21.5±0.05mm,静盘3和5作为维修碳刹
车盘使用;
⑤.静盘7为新的标准静盘,厚度为31±0.05mm;
⑥.承压盘9为新的标准承压盘,厚度为23±0.05mm;
⑦.碳刹车盘组件总厚度L=223.5±1mm,该标准厚度保持不变。碳刹车
盘组件的九个碳刹车盘中,压紧盘1、动盘2、动盘4、静盘3和静盘5共五
个作为维修碳刹车盘使用,动盘6、动盘8、静盘7和承压盘9共四个作为新
的标准碳刹车盘使用,其中承压盘9不能维修。
实施例3:参看图3,是A321型飞机碳刹车盘在B型结构使用一个周期后,
第二次维修后的A1型结构示意图,A1型结构说明:
①.压紧盘1,是由B型结构中标准静盘使用一个周期后维修而成,厚度
为标准厚度21.5±0.05mm,压紧盘1作为维修碳刹车盘使用;
②.动盘2和4,是由B型结构中标准动盘使用一个周期后,经二合一维
修而成,6和8为新的标准动盘,动盘2、4、6和8厚度均为标准动盘厚度
21.5±0.05mm,动盘2和4作为维修碳刹车盘使用;
③.静盘3和5是新的标准静盘,厚度为31±0.05mm;
④.静盘7,是由B型薄静盘使用一个周期后,经二合一维修而成的标准
静盘,厚度为31±0.05mm,静盘7作为维修碳刹车盘使用;
⑤.承压盘9,为新的标准承压盘,厚度为23±0.05mm;
⑥.碳刹车盘组件总厚度L=223.5±1mm,该标准厚度保持不变。碳刹车
盘组件的九个碳刹车盘中,压紧盘1、动盘2、动盘4、静盘7共四个作为维
修碳刹车盘使用,动盘6、动盘8、静盘3、静盘5和承压盘9共四个作为新
的标准碳刹车盘使用,其中承压盘9不能维修。
实施例4:参看图4,是A321型飞机碳刹车盘在A1型结构使用一个周期
后,第三次维修后的B1型结构示意图,B1型结构说明:
①.压紧盘1,是由A1型结构中标准静盘使用一个周期后维修而成,厚度
为标准厚度21.5±0.05mm,压紧盘1作为维修碳刹车盘使用;
②.动盘2和8是新的标准动盘,厚度为标准厚度21.5±0.05mm;
③.动盘4和6,是由A1型结构中标准动盘使用一个周期后,经二合一维
修而成,厚度为加厚至31±0.05mm,动盘4和6作为维修碳刹车盘使用;
④.静盘3和5,是由A1型结构中标准静盘使用一个周期后,经二合一维
修而成,厚度变薄至21.5±0.05mm,静盘3和静盘5作为维修碳刹车盘使用;
⑤.静盘7,是由A1型结构中标准静盘使用一个周期后,经二合一维修而
成,厚度为标准厚度31±0.05mm,静盘7作为维修碳刹车盘使用;
⑥.承压盘9为新的标准承压盘,厚度为23±0.05mm;
⑦.碳刹车盘组件总厚度L=223.5±1mm,该标准厚度保持不变。碳刹车
盘组件的九个碳刹车盘中,压紧盘1、动盘4、动盘6、静盘3、静盘5和静盘
7共六个作为维修碳刹车盘使用,动盘2、动盘8和承压盘9共三个作为新的
标准碳刹车盘使用,其中承压盘9不能维修。
综上所述的维修方案需要说明的是:
1、由A型维修成B型,由B型维修成A1型,由A1型维修成B1型,其具
体结构如图1、图2、图3和图4所示。其中配套标准静盘和标准动盘的为A
型,一般情况下,新的标准动盘可以维修两次(二合一加厚动盘和二合一标准
动盘),新的标准静盘可以维修三次(标准压紧盘或薄静盘、二合一标准静盘
和二合一薄静盘)。所以说,循环修理可以节省二分之一的C/C复合材料,降
低了碳刹车盘的生产成本。
2、本文实施例说明的是A321机型,动盘和压紧盘(1)为组件,静盘和
承压盘为裸盘,如果从各机型考虑,不是每个机型的碳刹车盘组件都一样,静
盘和承压盘也是有可能带有钢夹、铆钉的,所以文本中提到“组件”专指“碳
刹车盘组件”。本文中,只用碳刹车盘名称代表,不考虑其装配结构。
3、如果要实施具有大厚度差结构的循环修理方案,其中有一个必不可少
的条件:静盘比动盘至少要厚5mm以上,根据现有飞机的碳刹车盘组件和申请
人维修的经验,静盘比动盘要厚5mm-10mm之间为宜。
4、总之,循环修理方案就是:根据具有大厚度差的动盘和静盘厚度间的
互换,来完成多次循环修理,一套维修的碳刹车盘组件中,在保证结构不变的
情况下,可以根据库存等其他因素有多种配套方式,本文提出的只有四种结构,
即:配套标准动盘和标准静盘的A型和A1型,配套加厚动盘和薄静盘的B型
和B1型,维修时,从A维修成B,由B维修成A1,再由A1维修成B1,附图
只是三个范例,但不是特指必须是按这样配套;在动盘和静盘厚度间互换原则
下,可以实现多种配合组成,也就是说其他组合都在本发明技术方案之中。
具体实施方式的维修工艺
依据《碳刹车盘维修工艺规程》,依照分解、检查、维修、配套、验收各
个程序进行:本维修工艺只介绍由A型结构维修成B型结构,其余的原理与之
相同。
(一)分解
对A型结构的碳刹车盘使用一个周期后,将动盘钢夹11,使用台钻或加
工中心去掉铆钉头12,用工具顶出铆钉12,取下钢夹11及衬垫;将压紧盘指
示杆(安装)底座10上的铆钉头12去掉,用工具顶出铆钉杆,使指示杆安装
座与压紧盘分离。
(二)检查
清洗干净旧碳刹车盘上的污物后,然后对其进行检查,具体要求如下:
1、旧碳刹车盘上允许有可加工掉的表面损伤,外径表面允许有不连续的
小裂纹,如果裂纹穿透碳刹车盘应报废,氧化严重的应报废。碳刹车盘有油污
时,使用异丙醇擦洗,然后在260~315℃的温度下,在烘箱中保温2小时去
除油污。
2、按照表3中的尺寸规定,对使用过的碳刹车盘尺寸进行检查,以确保
维修的可能性。
表3
(三)维修-机械加工
1、磨平面
按照表4的规定尺寸,操作人员根据维修工艺文件,两端面均匀磨至尺寸
要求范围,并保证碳刹车盘组件总厚度在223.5±1mm范围内。检验各盘的厚
度尺寸,平面的平行度应符合规定。
表4
(注:半盘指需要二合一的碳刹车盘经粘结剂或钢夹铆钉固定在一起的
1/2盘,例如,一个二合一的动盘厚度31.0mm,它是由两个厚度为15.5mm的
半盘合并起来的。整盘则是指单盘。)
2、车台阶、环槽
按照工艺图纸要求,半静盘、静盘、压紧盘车台阶,动盘车环槽,检验人
员按照图纸要求对台阶以及环槽尺寸随工序进行检验。
3、压紧盘指示杆孔加工
按照工艺图纸尺寸,由加工中心加工两个压紧盘指示杆底座10安装孔(专
用钻头),检验人员按照图纸要求对孔的位置、方向以及尺寸随工序进行检验。
4、碳刹车盘机械加工总检验
外观检验:外形、表面粗糙度应符合图纸要求,无氧化、无伤痕、无毛刺;
尺寸检验:各个动盘、各个静盘、压紧盘1以及承压盘9外形尺寸应符合
图纸,保证碳刹车盘组件总厚度在223.5±1mm范围内;
(四)维修-碳刹车盘刻印记
在维修的碳刹车盘上除保留生产的出厂序号外,刻上本次维修的永久性印
记编号。
(五)维修-涂防氧化涂层
在碳刹车盘的非摩擦表面上(包括内外径边缘、铆钉孔内壁以及台阶倒角)
涂覆防氧化涂层,具体工艺要求按照企业标准《LT-1和LT-2抗氧化涂层涂覆
工艺说明书(LT-SM-002R2)》中规定执行。
(六)维修-装配、铆接
将需要二合一的两个动盘的防氧化涂层面相贴,装上钢夹11和铆钉12,
压紧盘1装上指示杆座座10,并铆接牢固、可靠。
(七)配套、验收-配套、检查
A321飞机碳刹车盘组件由9个碳盘组成(包含动盘四个、静盘三个、承
压盘一个、压紧盘一个),按照各盘数量配套后,检查并记录如下内容:
1、各碳刹车盘厚度和组件总厚度尺寸,应符合规定要求;
2、碳刹车盘表面应无损伤、掉块,防氧化涂层应完好、无脱落,无漏涂
和错涂现象;
3、碳刹车盘钢夹、铆钉应不松动、无裂纹;
(八)包装成品
检查合格的碳刹车盘组件,按每箱一套装入专用包装箱内,按压紧盘、动
盘、静盘、承压盘顺序间隔放置。箱内装入合格证、适航标签和使用维护说明
书等文件资料。总体验收后入库待销。