Jak fungují a udržují brzdové systémy letadel

Brzdy těžkého letadla se příliš neliší od brzd automobilu. V brzdovém systému typického automobilu jsou brzdové destičky nebo třecí destičky přitlačovány proti rotoru, který se otáčí rychlostí kol. Když řidič šlápne na brzdy, brzdová kapalina, která je pod tlakem, je posílána do pístu, který pohybuje destičkami proti rotoru a zabraňuje protáčení kola.

Podobný systém využívají pro svou jednoduchost i lehká letadla. Tento typ brzdy je nejznámější jako jednokotoučové kotoučové brzdy. Brzdy letadla musí absorbovat obrovské množství energie při přistání a v případě odmítnutého vzletu. Vzhledem k množství potřebné energie musí být brzdy letadel robustní a spolehlivé.

Obrázek: Oxford ATPL

Existuje několik důvodů, proč takový brzdný systém nemusí být nejlepší nápad pro větší letadlo. Jedním z nich je, že takový systém nemůže jednoduše rozptýlit potřebnou energii. Pro srovnání můžeme udělat jednoduchý výpočet pro Cessnu 172 a Airbus A320. Vzhledem k tomu, že brzdy přeměňují kinetickou energii na teplo, mohli bychom vypočítat energii, která se použije, když obě letadla přistanou. Předpokládali bychom, že Cessna 172 má hmotnost 700 kg a přistávací rychlost 32 m/s. A pro A320 hmotnost 64 000 kg a rychlost 70 m/s.

Příklad Cessna 172

• KE = ½ x m x v^2
• KE = ½ x 700 x 30^2
• KE = 315 000 J

Příklad Airbus A320

• KE = ½ x m x v^2
• KE = ½ x 64000 x 70^2
• KE = 156 800 000 J

Na základě výpočtů musí brzdy Airbusu A320 při přistání absorbovat téměř 500krát více energie než Cessna 172. Je tedy zcela jasné, že první z nich vyžaduje lepší brzdový systém. Ke zlepšení brzdné schopnosti a účinnosti ve většině velkých letadel se používá brzdový systém nazývaný nastavení vícekotoučové brzdy. V tomto systému jsou hromady rotorů, mezi nimiž je vloženo něco, čemu se říká statory. Statory jsou něco jako třecí podložky. Rotory se pohybují s koly, zatímco statory zůstávají statické.

Na začátku statorů je přítlačná deska, která řídí pohyb rotorů a statorů. Na rozdíl od jednoho pístu, který se nachází v průměrném autě, se v tomto typu brzdového systému používá více pístů. Protože tyto brzdy bývají těžké, používá se k ovládání pístů hydraulický tlak z hlavního hydraulického systému.

Obrázek: Oxford ATPL

Když jsou brzdy uvolněny, přítlačná deska je odsunuta pomocí sestavy seřizovacího prvku brzd. Jedná se o pružinové zařízení, které je připevněno k desce. Při stlačení brzd se pružina stlačí a po uvolnění se pružina vysune a posune přítlačnou desku. Tím se uvolní statory od rotorů a brzdění již neexistuje.

V mnoha brzdových systémech má seřizovač připevněný čep, který lze použít k měření opotřebení brzd. Jak se brzdy opotřebovávají, čep, který je normálně vidět zvenčí, stále zajíždí dovnitř. Jakmile čep není viditelný pouhým okem a není-li cítit při dotyku, je třeba brzdy vyměnit.

Obrázek: Oxford ATPL

Pro účely redundance používají letadla k pohonu brzd dva nebo více hydraulických systémů. Pokud jeden systém selže, může to převzít druhý. Existují také systémy nouzového brzdění, na které se podíváme později.

V dávných dobách se k výrobě brzd používala ocel. V dnešní době se však používají karbonové brzdy. Karbonové brzdy jsou lehčí, jsou schopny absorbovat více energie a jsou odolnější. Z těchto důvodů výrobci letadel preferují karbonové brzdy.

Foto: Anas Maaz

Jak piloti ovládají brzdy letadla?

Brzdy se normálně ovládají pěšky stisknutím horní části pedálů kormidla. Brzdy lze také použít diferenciální metodou k ostré zatáčce na zemi. Například, pokud chce pilot jet doprava, když je letadlo v pohybu, může sešlápnout správné brzdy. Tím se zablokuje pravé kolo, zatímco levé kolo se bude pohybovat a letadlo se bude otáčet.

Foto: Airbus

Protiskluzový a automatický brzdový systém

Na krátké, mokré nebo znečištěné dráze může být zablokování brzd docela nebezpečné. Zablokování brzd může způsobit smyk letadla mimo dráhu nebo způsobit nadměrné vytváření tepla, což by mohlo vést k požáru. Z těchto důvodů je nutný systém, který zabrání zablokování a smyku kol.

Protiskluzový systém zabraňuje smyku uvolněním brzd, když zjistí možné zablokování kola. Funguje tak, že porovnává rychlost letadla, nazývanou referenční rychlost, s rychlostí každého kola. Rychlost kola je měřena tachometrem a rychlost letadla je určena výpočtem zrychlení letadla pomocí inerciálních dat. Když rychlost kola klesne o práh, protiprokluzový systém vydá povel k uvolnění brzdy.

Fotografie:Tomás Del Coro | Flickr

Automatické brzdění nebo automatické brzdy automaticky zabrzdí. V případě potřeby je odzbrojen pilotem. Když je ozbrojený, jsou vyžadovány určité podmínky, aby se rozsvítilo, a to velmi závisí na letadle. Například u letadel Airbus se automatické brzdy aktivují pouze s vysunutím pozemních spoilerů. Může je deaktivovat pilot při použití ručního brzdění.

Existuje mnoho úrovní automatického brzdění. Při vzletu jsou automatické brzdy obvykle nastaveny na maximum. To zajistí maximální brzdění, pokud by pilot odmítl vzlet. Při přistání lze automatické brzdy nastavit na pilotem preferovanou úroveň. Na mokré dráze piloti obvykle používají vyšší úroveň brzdění, aby zastavili letadlo co nejrychleji.

Parkovací brzda a systém nouzového brzdění

Letadla mají také parkovací brzdu, kterou piloti používají k tomu, aby se letadlo nehýbalo při delším parkování. Například při držení na nějakém místě na letišti s běžícími motory.

Při parkování u brány je obvykle zatažena parkovací brzda. Je to proto, že na kolech jsou umístěny klíny. Pokud jsou klíny správně nasazené, brzdy již nejsou nutné, protože klíny zabraňují nechtěnému pohybu kol. To je docela výhodné v krátkých obrátkách, kde se vysoké teploty brzd stávají problémem. Tím, že jsou parkovací brzdy vypnuté, jsou rotory a statory od sebe odděleny, což umožňuje správné proudění vzduchu. Brzda tak zůstává chladná.

Foto: American Airlines

Systém nouzového brzdění je pilotovi k dispozici v případě poruchy dvojité hydrauliky, která znemožní brzdění hlavního kola. Ve většině případů k tomu slouží brzdový akumulátor, který je před letem předem nabit. Piloti mohou tento tlak v akumulátoru použít k ovládání brzd, pokud selže hlavní brzdový systém. Protože akumulátor může obsahovat pouze omezené množství tlaku, je počet brzdění omezený. Většinu času má pilot k dispozici asi sedm brzdění.

Fotografie:ATSB

Řízení teploty brzd a opotřebení brzd

• Pro lepší výkon je třeba brzdy udržovat co nejchladnější
• Při kritických teplotách nemohou brzdy absorbovat energii.
• Výsledkem je nebezpečí požáru
• Musí být dodržena maximální teplota brzd

Jak bylo zdůrazněno v předchozím odstavci, udržení brzd v chladu je pro piloty prioritou. Chladnější brzdy fungují lépe než horké brzdy, zvláště když jsou vyžadovány pro odmítnutý vzlet. Existuje teplota, po jejímž překročení již brzdy nemohou absorbovat potřebnou energii. Nebezpečí požáru představují také horké brzdy.

Když se podvozek zasouvá do prostoru pro kola letadla, kde jsou přítomna hydraulická vedení, pokud dojde k netěsnosti a pokud by spadl na horké brzdy, je vysoce pravděpodobným scénářem požár podběhu kola. Z tohoto důvodu existuje maximální teplota brzd, která nesmí být nikdy překročena před zahájením vzletu. Obecně se teploty brzd zobrazují na pilotní palubě většiny letadel.

Přečtěte si také:

Fotografie:od Oliviera Cleyna| Wikimedia Commons

Existuje mnoho způsobů, jak lze brzdy ochladit, pokud jsou příliš horké. Některá letadla jsou vybavena brzdovými ventilátory, které mohou zapínat piloti. Tento systém fouká vzduch přes horké brzdy a ochlazuje je přitom. K dispozici jsou také přenosné chladicí ventilátory, které lze připojit ke kolům pro chlazení brzd.

Foto: Safran

Velkou roli hraje i technika pilotního létání. Příliš mnoho brzdění během pojíždění může vést k přehřátí brzd. V důsledku toho by se piloti měli snažit co nejvíce minimalizovat použití brzd. Také použití zpětného tahu může pomoci udržet brzdy chladné, protože minimalizuje požadavek na prudké brzdění kol. Při přistání na dlouhé dráze se také doporučuje jít na delší roll-out. To způsobí, že letadlo použije delší dráhu, ale ve skutečnosti sníží použití brzd.

Pokud jde o opotřebení karbonových brzd, věda je trochu složitá. Karbonové brzdy mají tendenci se opotřebovávat méně, když jsou teploty výrazně nižší nebo když jsou teploty výrazně vyšší. Více se opotřebovávají při středních teplotách. Níže je uveden graf vytvořený společností Airbus, který je vykreslen s opotřebením brzd v závislosti na teplotě. Ukazuje trend opotřebení brzd u tří výrobců brzd. Graf ukazuje, že všechny brzdy mají maximální míru opotřebení při středních teplotách.

Obrázek: Airbus

Nedoporučuje se však provozovat brzdy při vysokých teplotách, aby se snížilo opotřebení, protože to snižuje účinnost brzd. Je-li to možné, zejména při dlouhých obrátkách, měli by se piloti ze všech sil snažit snížit teploty brzd, protože jejich provoz při velmi nízkých teplotách pomáhá šetřit opotřebení a zvyšuje jejich účinnost. Vysoké teploty navíc vedou k oxidaci uhlíku. Uhlík se přirozeně spojuje s kyslíkem ve vzduchu za vzniku oxidu uhličitého. Teplo tento proces zvýrazňuje, což vede ke ztrátě uhlíkové hmoty z brzd, což zvyšuje opotřebení brzd.

Foto: Boeing

Stejně jako dříve lze ke snížení opotřebení brzd použít také správné techniky pilotáže. Karbonové brzdy jsou velmi citlivé na počet brzdění. Při pojíždění by se piloti měli snažit ze všech sil minimalizovat použití brzd. Toho lze dosáhnout jediným použitím brzd, dokud se rychlost nesníží na nižší úroveň. Letadlům obvykle nějakou dobu trvá, než zrychlí zpět na vyšší rychlost s motory na volnoběh. Toho mohou piloti využít jako výhodu, pokud chtějí letadlo při pojíždění zpomalit.

Obrázek: Bryan Shirota

Dále, když jsou podmínky správné, lze provést jednomotorové pojíždění. To snižuje množství tahu generovaného letadlem, což zase snižuje potřebu přerušovaného brzdění. Dalším způsobem je použití automatických brzd pro přistání. Automatické brzdy mají tendenci používat jedno brzdění, když jsou aktivní, a jednoduše modulují brzdný tlak při tomto jediném použití. Protože se tím snižuje počet brzdění, snižuje se opotřebení brzd.