จานเบรกเครื่องบิน

จานเบรกเครื่องบิน Semicorex มีขนาดไม่ใหญ่นัก แต่เป็นส่วนประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่งในเครื่องบิน ซึ่งมีความสำคัญเช่นเดียวกันกับเครื่องยนต์ "หัวใจ" และอุปกรณ์ควบคุมการบิน "สมอง" เช่นเดียวกับหลักการของเบรกอัตโนมัติ มีเพียงการต้านทานความร้อนของเบรกของเครื่องบินเท่านั้นที่ต้องการสูงกว่า และโดยทั่วไปจะใช้ระบบเบรกแบบหลายดิสก์ ที่เบรกบนล้อจะให้เอฟเฟกต์การชะลอความเร็วเป็นส่วนใหญ่ โดยแปลงพลังงานจลน์มหาศาลของเครื่องบินไปเป็นพลังงานภายในของจานเบรกของเครื่องบิน เมื่อเครื่องบินประสบเหตุฉุกเฉินในระหว่างการแล่นด้วยความเร็วสูงและจำเป็นต้องยกเลิกการบินขึ้น การเบรกฉุกเฉินจะทำให้จานเบรกได้รับการทดสอบที่รุนแรงยิ่งขึ้น ส่งผลให้จานเบรกร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วจนเข้าสู่สถานะร้อนแดง

โดยทั่วไประบบเบรกของเครื่องบิน (ยกเว้นโบอิ้ง 787) จะใช้เทคโนโลยีเบรกไฮดรอลิก เครื่องยนต์ส่งกำลังให้กับปั๊มไฮดรอลิก ซึ่งจะแปลงแรงดันต่ำไปเป็นแรงดันสูง และส่งแรงดันนี้ไปยังตัวกระตุ้นเบรกผ่านสายไฮดรอลิก ตัวกระตุ้นเบรกจะดันและกดกับจานเบรกของเครื่องบิน และการเสียดสีระหว่างจานเบรกทำให้เกิดแรงบิดเพื่อป้องกันไม่ให้ล้อหมุน ซึ่งจะช่วยลดความเร็วในการบินขึ้นของเครื่องบิน

ฟังดูง่าย แต่จริงๆ แล้วค่อนข้างซับซ้อน เนื่องจากเครื่องบินลงจอดด้วยความเร็วสูง จึงมีพลังงานจำนวนมหาศาล ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เครื่องบินจำเป็นต้องพึ่งพาระบบถอยหลังและระบบเบรกเพื่อดูดซับพลังงานมหาศาลนี้ (การลากตามหลักอากาศพลศาสตร์ก็ช่วยได้เช่นกัน) เพื่อหยุดเครื่องบิน ในระหว่างกระบวนการเสียดสี จานเบรกของเครื่องบินจะแปลงพลังงานจลน์ส่วนใหญ่ของเครื่องบินให้เป็นพลังงานความร้อน ดังนั้นอุณหภูมิการทำงานของเครื่องจานเบรกอย่างน้อยก็หลายร้อยองศาเซลเซียส

นอกจากนี้ ระบบเบรกของเครื่องบินยังได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับสถานการณ์ที่ไม่คาดฝันหลายประการที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทำงาน ทำให้มีความต้องการที่มากยิ่งขึ้นในจานเบรก- ตัวอย่างเช่น จะเกิดอะไรขึ้นหากเครื่องบินพบกับสถานการณ์กะทันหันขณะแล่นด้วยความเร็วสูงบนรันเวย์เพื่อเตรียมเครื่องขึ้นและจำเป็นต้องยกเลิกการบินขึ้น หรือจะเกิดอะไรขึ้นหากเครื่องบินพบว่าระบบทำงานผิดปกติหลังจากเครื่องขึ้นได้ไม่นานและจำเป็นต้องส่งคืน แต่แผ่นพับและแผ่นไม้ไม่สามารถใช้งานได้เต็มที่ในเวลานี้ ในกรณีที่เกิดเหตุการณ์ที่ไม่คาดฝันเหล่านี้ จานเบรกของเครื่องบินจำเป็นต้องดูดซับพลังงานมากกว่าในระหว่างการลงจอดตามปกติ

วัสดุที่ใช้ในการผลิตจานเบรกเครื่องบินจะต้องทนต่อทั้งการเสียดสีและอุณหภูมิสูง วัสดุใดที่สามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้? คำตอบคือวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนคาร์บอน เครื่องบินในยุคแรกๆ ใช้จานเบรกที่ทำจากเหล็กกล้าผงโลหะ ซึ่งได้รับการประสบปัญหา เช่น น้ำหนักมาก สมรรถนะที่อุณหภูมิสูงต่ำ และอายุการใช้งานสั้น เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว จานเบรกคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าและเบากว่าจานเบรกเหล็กถึง 40% (สำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่ที่มีหลายล้อ ส่งผลให้น้ำหนักลดลงหลายร้อยกิโลกรัมหรือหลายตัน) จึงได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง

วัสดุผสมคาร์บอน/คาร์บอนเป็นวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยคาร์บอนไฟเบอร์เป็นโครงกระดูกและคาร์บอนเป็นเมทริกซ์ เส้นใยคาร์บอนอาจอยู่ในรูปของโครงสามมิติต่อเนื่องหรือเส้นใยสับสั้นแบบกระจายแบบสุ่ม เมทริกซ์คาร์บอนได้มาจากการทำให้เรซินหรือระยะพิทช์คาร์บอไนซ์ซึม หรือโดยการไพโรไลซิสและการสะสมของก๊าซไฮโดรคาร์บอน (เช่น ก๊าซธรรมชาติหรือโพรเพน)

หลังจากการวิจัยมานานหลายทศวรรษ วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอนที่ผลิตโดยกระบวนการสมัยใหม่ได้รับคุณลักษณะต่างๆ เช่น ความแข็งแรงจำเพาะสูง โมดูลัสจำเพาะสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และคุณสมบัติการเสียดสีและการสึกหรอที่ดีเยี่ยม ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของวัสดุการบินและอวกาศภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงและความเร็วสูง