由飞机橡胶、尼龙线和钢材制成的飞机轮胎是飞机上工作环境最恶劣的部件之一,它不仅需要经受灼热的高温、抵御跑道异物损伤(FOD),还需要承受甚至高达340吨的重量以及飞机起飞时超过150英里/小时的极限速度。一旦飞机轮胎出现故障,后果则非常严重。例如,2000年,法国航空公司的一架协和飞机在巴黎机场的跑道上起飞时被一块金属条刺穿轮胎,轮胎甩出的橡胶碎片进而扎伤了飞机油箱,导致该飞机在起飞不久后便坠毁,113人遇难。因此飞机轮胎的维修检查工作对于保障乘客安全和航空公司的正常运营来说至关重要。
所有的轮胎在装机前必须先通过适航主管部门的多项检查。轮胎在使用过程中将会面临许多威胁,最常见的维修事件是轮胎欠压或压力过高、受温度影响和遭遇FOD等。
在飞机轮胎维修过程中需要重点关注的问题是轮胎压力和FOD。因此,飞机运营商需要每天监控并核查飞机轮胎气压,以确保其满足飞行标准。
确保飞机轮胎的安全并非只是航空公司一方的责任,而是整个行业需要面临的挑战,从地面管控人员到航空公司都需要尽力防止FOD风险和偶然事故的发生。例如,保证飞机跑道和停机坪干净无异物就是保证轮胎飞行安全的关键之一。
米其林公司认为,通过日常检查手段降低在飞机跑道等运行区域发生FOD的可能性,是达成减少轮胎事故这一行业目标的关键措施。但是,使轮胎维持标准的充气气压、完成日常压力检查并根据环境温度对轮胎气压进行补偿等工作也非常重要。
汉莎技术公司对此表示认同,认为对轮胎气压进行反复检查是确保轮胎能够正常工作的重要措施。飞机轮胎胎压通常会在24小时中下降5%,但如果轮胎压力下降至标准值的89%以下,则必须将该轮胎撤出运营,重新对其充压并查找胎压泄露的原因。
米其林公司认为,胎压不足将会导致一系列的严重问题,包括:1)轮胎过度变形而导致上下部侧壁过热;2)轮胎由于过热导致层壁被压缩;3)胎面变形而导致不规则的偏磨;4)胎面蠕动而导致磨损率更高;5)胎压过低、机轮和轮胎接触面压力过低而导致机轮滑移,轮胎运转导致轮胎或机轮损伤等。
更重要的是,维修人员几乎无法通过目视检查判断轮胎是否欠压,因而需要在常规检查中精确测量胎压,这也是胎压检测这项工作在轮胎事故预防中地位如此重要的原因。美国国家运输安全委员会(NTSB)称,2008年一架里尔60飞机在美国南卡罗来纳州发生严重坠毁事故,而这一事故发生的一部分原因就是未对该飞机的轮胎进行充分维护,从而导致飞机在起飞滑跑阶段时多个轮胎出现故障。米其林公司表示,航空公司完全可以通过严格遵照飞机维修手册中的胎压标准、按时完成日常胎压检查工作避免类似悲剧的发生。
轮胎寿命取决于其在达到磨损极限前能在飞机上完成的起降次数。若安装在执飞短途航线、日起降次数高达8次的飞机上,轮胎很容易出现明显磨损,其寿命可能短至2个月;而若安装在执飞长航程航线、每日仅起降1次的飞机上,轮胎的寿命可能将长达1年。
轮胎分为斜交轮胎和子午线轮胎两种类型。尽管斜交轮胎曾一度更受欢迎,但近年来,随着邓禄普、米其林、固特异和普利司通等飞机轮胎制造商纷纷推出了更先进的轻量级轮胎,子午线轮胎变得越来越受欢迎。斜交胎胎体帘线各层间呈网状交叉排列,并与胎冠中心线周向呈近45度夹角;子午线飞机轮胎胎体帘线各层间则是呈相互平行的径向排列,与胎冠中心线周向呈90度夹角,因而帘线层数较少。
这意味着制造商正在通过减少胎侧的用材达到减轻轮胎重量、提高帘布层耐用性的目的,从而使每条轮胎寿命期内的可用起降次数增加,进而为航空公司节约轮胎成本。先进的高性能合成纤维也被越来越多地用于加强型轮胎中。这些新材料不仅能够减轻轮胎重量,还能够提高其对FOD和高温的抵御能力。此外,现代的轮胎制造过程中还引入了更先进的制造技术,确保生产出的轮胎拥有更稳定、更可靠的质量。
邓禄普公司曾与空客公司合作,致力于共同提高飞机轮胎的耐用性。邓禄普公司还获得了来自英国政府一笔230万美元资金的支持,用于为空客A320系列飞机研发和测试质量更轻、耐久性更优的下一代飞机轮胎。邓禄普公司表示,这项为期3年的轮胎研发项目成为了支持其快速发展的巨大平台,公司以此为契机大力提升其子午线轮胎生产技术,利用有限元分析为飞机轮胎进行计算机建模,成功分析预测出轮胎的抗磨损、抗震等性能,并最终成功研制出适用于空客A320ceo和A320neo飞机使用的轻量级子午线轮胎。
作为于1946年就引入子午线轮胎技术的创新先驱,米其林公司的目标与其他轮胎制造商一样,即制造重量更轻、起降性能更好、可靠性更高、抗FOD能力更强的飞机轮胎。米其林公司最新的一款产品采用了接近零增长(NZG)子午线技术,该新型NZG子午线轮胎抵御FOD的能力更强,重量更轻,起降次数增加了一倍。米其林公司表示,如果全球的民航和支线机队都配备这款NZG子午线轮胎,将能帮助航空公司每年节约3600万美元的燃油费用,每年减少16万吨二氧化碳的排放。由于NZG子午线轮胎上采用了由尼龙和芳香族聚酰胺纤维制成的超高抗拉复合材料帘线,轮胎的使用寿命得到了大幅延长。这种帘线还可以有效减少运营过程中帘线层出现的伸长现象,将帘线层的伸长率控制在3%之内,而尼龙子午线轮胎的帘线层伸长率为8%,标准斜交轮胎的交叉帘线层的伸长率为12%。帘线层的伸长将会导致轮胎遭受不规则磨损,使轮胎和相邻飞机零部件之间出现间隙。
按照米其林公司的计算,NZG子午线轮胎为飞机带来的重量节省,可使飞机增加15%的负载。此外,NZG子午线轮胎的胎面更平坦,可与地面完成更好的接触,使一条轮胎的可用起降次数增加25%,或者使机轮更换次数减少一半,降低了非计划性维修事件的发生频率。正因如此,空客公司在2014年12月交付启动用户卡塔尔航空的A350飞机上选用了米其林公司的NZG子午线轮胎。无独有偶,波音公司也为其737MAX飞机选用了NZG轮胎。
随着航空公司采用了越来越多诸如首飞前自动核查轮胎胎压等预防性维修措施,以及业内对于预防FOD事件的高度重视,轮胎的非计划性返厂维修事件已经很少发生。尽管如此,新一代子午线轮胎的维修程序仍然面临着一些挑战。
例如,在协和飞机于2000年坠毁后,米其林公司开始研发NZG轮胎技术,使用芳香族聚酰胺纤维帘线替代尼龙帘线;同样,波音737/747/767/777和空客 A320/A330/A340飞机的轮胎供应商普利司通公司也开始研发采用极高强度帘线作为束带层结构的RRR子午线轮胎。这一设计改变了从边缘拆除轮胎的传统方式,也迫使维修企业寻找其他拆除轮胎的方式,以确保在不破坏轮胎骨架结构的前提下将轮胎从胎圈座上拆除。出于安全的考虑,必须在NZG和RRR轮胎从飞机主轴上拆除前释放其胎压,这也使得维修人员难以对重达260公斤的轮胎执行下一步操作,因而需要对其维修程序进行稍微修改。尽管如此,新的NZG和RRR轮的改进性能为维修工作带来的益处仍然令人振奋。例如,极大地减少飞机需要更换轮胎的次数和轮胎/机轮返厂大修的次数,极大地降低飞机维修成本等。
邓禄普公司认为,尽管未来轮胎制造商仍然面临着来自航空公司成本控制的压力,需要继续努力减轻轮胎的重量、提高轮胎抗外来物损伤的能力以及耐高温等性能,但下一代飞机轮胎的改变不会太大,只是可能会变得更轻量级和更智能化,如可能会整合无线射频识别(RFID)技术,以便于航空公司进行资产管理。
米其林公司则认为未来的轮胎将会给轮胎制造商带来新一轮的挑战。该公司表示已经做好充足准备应对这一挑战,并且这也将是一个与空客、波音等飞机制造商增进技术合作的绝佳机会。米其林公司将会不断改进其产品以满足航空公司客户缩短周转周期、通过减轻轮胎重量降低燃油消耗、减少维修成本的需求,并尽可能地对轮胎全寿命周期中需要完成的维修工作进行优化。此外,米其林公司表示航空轮胎市场正在不断增长,因而该公司将会在未来两年内增加投资,及时更新产品线,扩大产能,从容应对新增订单,以期从不断扩大的市场需求中获得更多利润。
除了加大研发投入之外,推动轮胎技术进步的力量是日新月异的航空业对飞机轮胎提出的需求,轮胎制造商应该通过技术创新完成下一代轮胎技术的飞跃。因为创新是企业成长和技术进步的核心动力。