航空轮胎

航空飞行器械上的充气轮胎

航空轮胎

航空轮胎（英文名：Aircraft tyres）指用于航空飞行器械上的充气轮胎，又称飞机轮胎。[0][1]航空轮胎主要是由橡胶、骨架材料和各种添加剂通过复杂的化学反应交联而成的一个整体。[2]航空轮胎是飞机起飞、降落和滑行过程中唯一接地的部件，在飞机停放、起飞、着陆时起支撑、承载及缓冲的作用。[0][2][3]航空轮胎的一个常见分类是美国轮胎和轮毂协会的分类，定义了九种轮胎类型，其中I型、III型、VII型和VIII型仍在生产中。[4]1909年，固特异生产出第一条航空轮胎。1927年翻新第一条航空轮胎。[5]1981年，米其林X Air成为第一款子午线飞机轮胎。2000年，协和号超音速客机发生空难，促使航空业界提出“制造抗外物致损的轮胎”，子午线轮胎能够有效满足这一要求，在航空领域的应用和发展进程由此加速。[5]2008年，曙光橡胶工业研究设计院联合北京橡胶工业研究设计院开发的子午线航空轮胎通过各项试验。[6]2020年8月，广州黄埔计划建设中国首个航空轮胎动力学试验大科学装置。[7]2024年11月23日，中国中化高性能民用航空轮胎创新成果发布暨产业链合作推进会在广西桂林召开，宣布中国首条民航轮胎生产线投产。[8]

航空轮胎（英文名：Aircraft tyres）指用于航空飞行器械上的充气轮胎，又称飞机轮胎。[1][2]航空轮胎主要是由橡胶、骨架材料和各种添加剂通过复杂的化学反应交联而成的一个整体。[3]航空轮胎是飞机起飞、降落和滑行过程中唯一接地的部件，在飞机停放、起飞、着陆时起支撑、承载及缓冲的作用。[1][3][4]航空轮胎的一个常见分类是美国轮胎和轮毂协会的分类，定义了九种轮胎类型，其中I型、III型、VII型和VIII型仍在生产中。[5][注1]

1909年，固特异生产出第一条航空轮胎。1927年翻新第一条航空轮胎。[6]1981年，米其林X Air成为第一款子午线飞机轮胎。2000年，协和号超音速客机发生空难，促使航空业界提出“制造抗外物致损的轮胎”，子午线轮胎能够有效满足这一要求，在航空领域的应用和发展进程由此加速。[6]2008年，曙光橡胶工业研究设计院联合北京橡胶工业研究设计院开发的子午线航空轮胎通过各项试验。[7]2020年8月，广州黄埔计划建设中国首个航空轮胎动力学试验大科学装置。[8]2024年11月23日，中国中化高性能民用航空轮胎创新成果发布暨产业链合作推进会在广西桂林召开，宣布中国首条民航轮胎生产线投产。[9]

航空轮胎要求具有高抗冲击强度和低生热性。用于制造航空轮胎的橡胶材料必须确保在-40℃以下和71℃以上的条件下，经24h后性能符合规定指标。轮胎的爆破压力高于额定内压4倍以上。飞机起飞和降落时轮胎产生的静电荷要能均匀传至地面。[1][3]

背景

1844年，美国发明家固特异（Chales Goodyear）开发出了橡胶硫化技术。这项技术大大提高了橡胶对于温度变化的耐受力，彻底克服了天然橡胶制品冷天变硬热天变软的顽疾。硫化技术使得橡胶成为真正实用化的工业产品，在这一技术发明后的三十年间，工业界对天然橡胶的需求增加了100多倍之多。[6]

1888年，另外一位名字与橡胶轮胎联系在一起的发明家，英国人邓禄普（JohnDunlop）发明了世界上第一条充气轮胎，开启了充气轮胎量产的时代。[6]

发展历程

1908年至1947年是航轮胎的第一个发展阶段。在1909年，固特异生产出第一条航空轮胎。1927年翻新第一条航空轮胎。这一阶段航空轮胎的技术特点是“斜交结构+拱形轮廊+棉帘线+有内胎”，产品性能达到基本满足飞机起降要求。其典型应用有：伊尔-12（主轮胎900x300 8PR TT，前轮胎770x330 8PR TT）；A-1（Skyraider空中袭击者）（主轮胎32x8.8 16PR TT，前轮胎12.5x4.5 14PR TT）等。[6][10]

1947年至1979年是航空轮胎的第二个发展阶段。该时期航空轮胎的技术特点是“斜交结构+低断面+尼龙帘线+无内胎”，产品性能除满足飞机起降要求外，还达到了轻量化，气密性好。其典型应用有：伊尔-86（主轮胎1300x480 TL，前轮胎1300x330 TL）；B727-200（主轮胎49x17 28PR TL，前轮胎32x11.5-15 12PR TL）等。[10]

1980年至今是航空轮胎的第三个发展阶段，该时期航空轮胎的技术特点是“子午化”，产品性能得到极大的提高，实现了综合性能飞跃。在1981年，米其林X Ai 成为第一款子午线飞机轮胎。此后20年里，从适航管理部门到生产企业，大部分资源都投入到研究、论证和检验子午线航空轮胎的安全性、可翻新性，以及它与斜交航空轮胎的接口上。2000年，协和号超音速客机空难事件成为了子午线轮胎发展的转折点。事故发生在飞机起飞滑跑阶段，轮胎爆胎后碎片击穿飞机油箱，酿成惨剧。这起空难促使航空业界提出“制造抗外物致损的轮胎”的需求，而子午线轮胎恰好能够满足这一要求，从而推动了子午线轮胎技术的显著进步。[6]

2008年，曙光橡胶工业研究设计院采用其与北京橡胶工业研究设计院联合开发的新型复合帘线作带束层帘线的子午线航空轮胎顺利通过了各项静态和动态试验，轮胎性能完全达到设计要求。该子午线航空轮胎的行驶速度达到世界先进水平。[7]

2018年8月，神州轮胎公司联合浙江大学、北京橡胶设计院等科研院所组建研发团队，启动实施了国产大飞机子午线航空轮胎自主研发项目。2019年5月27日11时18分，宁夏神州轮胎有限公司自主研发生产的大型民用客机子午线航空轮胎样胎正式下线，这标志着宁夏初步具备生产该产品的技术能力。[11]2020年8月，广州市公共资源交易中心发布航空轮胎大科学中心项目招标公告显示，广州黄埔计划建设中国首个航空轮胎动力学试验大科学装置。[8]2024年11月23日，中国中化高性能民用航空轮胎创新成果发布暨产业链合作推进会在广西桂林召开，大会宣布中国首条民航轮胎生产线全面建成投产。[9]

2024年11月23日，中国中化高性能民用航空轮胎创新成果发布暨产业链合作推进会在广西桂林召开。大会宣布中国首条民航轮胎生产线全面建成投产，中国唯一复杂工况航空轮胎起降测试平台面世，并发布12款具备完全自主知识产权、可覆盖中国80%民航机队轮胎规格的创新产品。[9]

第三阶段的航空轮胎典型应用有：美国波音777-200ER/300ER（主轮胎50x20.0 R22，前轮胎42x17.0 R18）；欧洲空客A380-800（主轮胎1400x530 R23，前轮胎1270x455 R22）；美国F-22（主轮胎37x11.5 R18，前轮胎23.5x7.5 R10）；中国三代机（主轮胎740x220 R381）；中国四代机（主轮胎950x320 R483）等。[10]

定义

航空轮胎是飞机起落架系统中一个关键组成部分，是飞机起飞、降落和滑行过程中唯一接地的部件，在飞机停放、起飞、着陆时起支撑、承载及缓冲的作用。[1][3][4]

评价指标

航空轮胎要求具有高抗冲击强度和很低的生热性。用于制造航空轮胎的橡胶材料必须确保在-40℃以下和71℃以上的苛刻条件下，经24h后性能符合规定指标。轮胎的爆破压力高于额定内压4倍以上。飞机起飞和降落时轮胎产生的静电荷要能均匀传至地面。[1][3]

类型

航空轮胎的一个常见分类是美国轮胎和轮毂协会的分类，定义了九种轮胎类型，其中I型、III型、VII型和VIII型仍在生产中。[5][注1]

类型介绍
I型轮胎用于固定起落架飞机，仅通过其标称总直径（英寸）来表示。I型轮胎是光滑的轮胎，在现代航空机队中已过时，可以在旧飞机上找到。
III型轮胎通用航空轮胎，通常用于着陆速度不超过160英里/小时（mph）的轻型飞机。III型轮胎是压力相对较低的轮胎，与轮胎的总宽度相比，其轮缘直径较小。
III型轮胎的设计目的是用相对较大的形变提供减震和支撑。III型轮胎采用双编号系统。第一个数字是轮胎的标称截面宽度，第二个数字是设计的轮胎安装的轮毂直径。
VII型轮胎喷气式飞机上使用的高性能轮胎，充气压力高，并具有特殊的高承载能力。VII型轮胎的截面宽度通常比III型轮胎窄。VII型飞机轮胎的标识包括两个参数。两个数字之间使用X。第一个数字表示轮胎的标称总直径，第二个数字表示截面宽度。
VIII型轮胎充气压力特别高，用于高性能喷气式飞机。典型的VIII型轮胎外形相对较低，能够在非常高的速度和非常高的负载下工作，是所有轮胎类型中最现代化的设计。
VIII型轮胎也被称为三段命名法轮胎，是III型和VII型命名的组合，其中轮胎总直径、截面宽度和轮榖直径用于轮胎标识，X和“–”符号指示符在相同位置上使用。
参考资料：[5]

帘布层级

轮胎帘布层是用橡胶包裹织物的加强层，铺设在轮胎中以提供强度。在早期轮胎中，使用的层数与轮胎能承受的载荷直接相关。如今，轮胎制造技术的发展和现代制造材料的使用，使得在确定飞机轮胎强度时，有些时候层数并不是很重要。但是，帘布层级用来表示飞机轮胎的相对强度。无论其结构中使用的帘布层数是多少，具有高帘布层级的轮胎都是具有高强度的轮胎，都能承载重物。[5]

有内胎或无内胎

飞机轮胎可以是有内胎或无内胎轮胎。这通常被用作轮胎分类的手段。没有内胎的轮胎在制造上，有一个特别设计的内衬来保持空气。有内胎的轮胎不包含这种内衬，因为内胎可防止空气从轮胎中泄漏。不带内胎的轮胎侧壁上有“无内胎”一词。如果没有此标识，则轮胎需要一个内胎。[5]

斜交胎或子午胎

飞机轮胎分类的另一种方法是根据轮胎结构中帘布层的方向，是斜交还是径向。传统的飞机轮胎是斜交轮胎，帘布层被包裹以形成轮胎并赋予其强度。帘布层相对于轮胎旋转方向的角度在30°到60°之间。以这种方式，帘布层具有编织物的特性，它们被构造成面向旋转方向并穿过轮胎。因此，它们被称为斜交轮胎。优点是柔韧性，因为斜交织物层也能够贴合在侧壁上。一些现代飞机轮胎是子午线轮胎。子午线轮胎中的帘布层与轮胎旋转方向成90°角。这种结构使层的不可拉伸纤维垂直于侧壁和旋转方向。这增加了轮胎的强度，使其能够以较小的变形承载高负荷。子午线轮胎具有与旋转方向和轮胎侧壁成90°方向的帘布层纤维股。在增强了轮胎承载重物的能力的同时，也降低了正面和侧壁的弹性。[5]

基础结构

航空轮胎主要是由橡胶、骨架材料和各种添加剂通过复杂的化学反应交联而成的一个整体。[3]胎面橡胶内部加入了两层特殊的帘巾，俗称“补强帘布层”。以帘布层为界，把胎面胶分成外层胎面胶和内层胎面胶，当轮胎磨损到露出第二层帘巾时，即告报废。航空轮胎的胶面由耐磨耐高温的特种材料胶合钢丝而成，厚约20毫米，强度很高，轮胎气门嘴既尖且短，由高温氟塑料制成，进气通畅，严防泄露。[1]

使用材料

航空轮胎使用方面一向以“保守”著称，材料的更新换代速度非常缓慢，有别于常规汽车轮胎。[3]

骨架材料

骨架材料是航空轮胎的主要受力材料，承受充气压力和航空器负荷以及运转时产生的各种应力，并需要经受高速起飞产生的强大离心力和着陆接地瞬间的巨大冲击力，还需要抵抗外物的刺扎和机械损伤，进而保持轮胎的尺寸和形状。随着民用子午线航空轮胎的发展，需要加快芳纶帘线在航空轮胎中的应用步伐。芳纶骨架材料在米其林子午结构航胎中已经获得推广应用，也是中国航胎发展的重要趋势之一。[3]

橡胶材料

航空轮胎使用的橡胶以天然橡胶为主，同时使用少量的丁苯橡胶和顺丁橡胶。航空轮胎使用的天然橡胶为“1号烟片胶”，其力学性能优异，挥发灰分含量小。[3]

补强材料

橡胶需要进行补强才能最大限度的发挥其作用，天然橡胶的常用补强剂为炭黑，航空轮胎各部件均需使用补强剂来满足各自的性能要求。主要包括胎面胶和胎体胶。[3]

胎面胶

是航空轮胎与地面直接接触的部位，通过胎面把路面的冲击力和摩擦生热传递到整个航空轮胎，因此具有耐磨、抗冲击，耐刺扎以及较低的生热性能，在补强体系选取方面，通常使用高结构细粒子炭黑，而炭黑N234以及炭黑N375被广泛使用。[3]

胎体胶

由于航空轮胎的下沉量比较大，胎体部位的形变量是汽车轮胎的8倍左右，因此胎体胶需要具备良好的抗屈挠性，同时由于航空轮胎的胎体层数多，少者需要2～4层，最多的胎体达20几层，如此多的胎体层数是常规汽车轮胎所无法比拟的，加之橡胶是热的不良导体，这就需要航空轮胎胎体胶具有极低的生热性能，因此在补强体系选取方面，通常使用低结构细粒子炭黑和中粒子炭黑并用实现，例如炭黑N326和炭黑N660，白炭黑由于具有较低的生热性能也在航空轮胎胎体胶中逐渐使用。航空轮胎其它部位胶料根据性能要求选取相适应的炭黑种类。[3]

国家标准

国际标准ISO 3324－1：2013《航空轮胎 第1部分：规范》规定了航空轮胎的标志及尺寸配合。美国联邦航空管理局技术标准规定TSO－C62e《航空轮胎》规定了航空轮胎的要求和试验方法。[12]

中国关于航空轮胎的现行标准为《GB 9745-2009 航空轮胎》。[2]

参考资料 12

  1. 小航谈航空|航空轮胎 — 微信公众平台
  2. 航空轮胎 — 全国标准信息公共服务平台
  3. 材料洞察 I 航空轮胎用主要材料简介 — 微信公众平台
  4. 首条生产线投产！看国产航空轮胎如何实现从零到一的突破 — 百家号
  5. 关于飞机轮胎，你想知道的那些事 — 阮工频道
  6. 聊聊航空轮胎四巨头 — 澎湃新闻
  7. 参考 7
  8. 广州市黄埔区将建全国首个航空轮胎动力学试验大科学装置 — 中国发展改革
  9. 中国首条民航轮胎生产线投产 — 百家号
  10. 参考 10
  11. 我大型民用客机航空轮胎有望打破国外技术垄断 — 百家号
  12. 生产航空胎的企业注意啦 国家标准要变啦 — 搜狐网

注释

  1. 信息截至2019年12月
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