道面平整度对湿滑道面-飞机轮胎相互作用影响分析

湿滑条件下,跑道不平整使积水厚度随道面起伏而变化,影响飞机起降安全。因此,引入国际平整度指数(international roughness index,IRI),搭建基于IRI的轮胎-积水-道面有限元模型,通过仿真模拟,分析不同IRI的道面对飞机临界滑水速度的影响;结合IRI,对比不同飞机轮胎速度、积水厚度条件下道面视摩擦因数较平整道面的降低幅度,分析IRI对道面摩擦性能的影响;并依据某机场视摩擦因数实测试验结果,对仿真实验结果进行修正,探究IRI对飞机刹车效应的影响。结果表明:道面平整段积水厚度一定时,飞机临界滑水速度随IRI增加而降低,当IRI=5时,飞机临界滑水速度较平整道面降低约30%;飞机轮胎速度一定时,视摩擦因数随道面平整度等级降低而减小,当IRI=5时,视摩擦因数较平整道面降低幅度高达98%,严重影响飞机运行安全;道面平整度等级为“好”时,相同平整度段积水厚度下,飞机轮胎与道面视摩擦因数随IRI的增加而减小;综合考虑IRI和经试验数据修正后的视摩擦因数对飞机刹车效应产生的影响发现,随着平整度指数与平整段积水厚度逐渐增加,飞机刹车效应会产生降级。国内某机场道面在1.5<IRI≤2,平整段积水厚度≥7.66 mm的道面条件下,飞机刹车效应最大降低了3级,即由“中到差”降至“差”,此时飞机方向操纵与减速能力严重下降;积水道面平整度评价为“中”和“差”时,飞机刹车效应降级幅度突增,导致道面条件无法保障飞机运行安全;平整段积水厚度为7.66~13 mm时飞机刹车效应受IRI变化的影响较大,降级变化明显,在维护过程中须尤为注意。

机场沥青混凝土道面剩余寿命预测方法研究

道面结构的剩余寿命是机场中长期维护和改造计划编制的基础,对于机场的运营管理和优化决策具有重要意义.基于“道面族”概念的道面状况指数(PCI)预测模型是目前应用广泛且发展得较为成熟的经验回归预测模型.但是,PCI预测模型的传统建模方法是以长期、大量的数据积累为基础的,而我国民用机场的道面评价工作则刚刚开始专业化、制度化,相关数据比较匮乏.因此,通过对道面使用性能衰变规律的研究,利用现有数据资源,以上海虹桥国际机场为依托,通过回归分析建立了沥青混凝土跑道道面的国际平整度指数(IRI)与累计交通量的关系和IRI—PCI关系.以此为基础,构建了机场沥青混凝土跑道道面的PCI预测模型,应用该模型能够较为准确地预测沥青混凝土跑道道面剩余使用寿命.

基于国际平整度指数IRI的飞机动载系数分析

为分析道面不平整引起的动载作用,研究了国际平整度指数(International roughness index,IRI)与道面功率谱密度(Power spectral density,PSD)的关系,并通过建立四分之一飞机振动模型,分析了飞机作用于道面上的动载特性,建立了基于概率的经空气动力修正后的动载系数分析模型,最后以某机型为例对动载系数影响因素进行讨论。结果表明:动载系数随速度增加呈先增大后减小的趋势;道面平整度等级是影响飞机对道面动力作用的最关键因素;飞机重量与升力影响因子(Lift impact factor,LIF)呈非线性关系,因此动载系数随飞机重量的增加呈非线性变化;飞机高速滑行时动载系数随飞机重量变化的离散程度较大,此时随飞机重量增加,飞机对道面的动力作用增大;动载系数随机轮轮胎刚度、机身缓冲系统阻尼及刚度的增加近似呈线性变化,机身缓冲系统阻尼增大,动载系数则减小;机轮轮胎刚度及机身缓冲系统刚度增大,动载系数则增大。

机场道面不平整度对接缝传荷性能的影响

为研究机场道面不平整度对接缝传荷性能的影响,基于国际平整度指数(IRI,international roughness index)建立飞机动载作用下的道面不平整度有限元模型,分析3种不同荷载形式以及7种不同动载系数对道面传荷性能和力学特性的影响。结果表明:通过三角级数合成法可以实现不同等级道面的不平整度模拟;考虑道面不平整度加载时,接缝两侧的位移和板底弯拉应力均高于静力荷载和光滑移动荷载作用下的工况;当动载系数从1.00增大到1.30时,接缝挠度传荷系数和关键传力杆荷载分配系数基本无变化,而传力杆剪力传递系数、板底弯拉应力、混凝土与传力杆界面应力均增大约28%,可见道面不平整度对接缝的剪力传递、板底弯拉应力及界面应力的影响是非常显著的。上述结论可为机场跑道建设与设计中在道面板接缝传荷方面提供一定的理论基础。

实测不平整激励下跑道平整度评价方法对比

新版道面评价规范中将机场跑道平整度评价指标修订为国际平整度指数(IRI)和波音平整度指数(BBI),但均未具体给出两者的适用范围,且目前对这两种方法的实际使用效果研究较少。提出基于Matlab的跑道平整度评价方法对比与分析流程,并以华东某机场跑道实测3D不平整数据为例,多维度探究IRI和BBI指标与飞机滑跑动力响应特性的关系。结果表明:BBI和IRI的相关性较差,整体相关系数仅为0.1左右;对于飞机加速度均方根分布趋势,BBI的预测能力是IRI的3.6倍。建议新版规范将BBI作为主要评价指标,IRI作为辅助指标,在平整度较差的区域,可综合考虑两者做出更科学合理的养护维修决策。

基于小波理论的机场道面平整度指标研究

从飞机的垂直动响应出发,运用小波理论对机场道面平整度指标评定的新方法———小波理论分析法,进行了理论验证分析,并比较了国际平整度评定指标与新提出的评定理论之间的差异。结果表明新方法比国际平整度指标更能反映飞机的垂直动响应。

不同平整度指标在机场道面检测中的差异性研究

为了评价不同平整度指标在机场道面检测中的有效性,选取国际平整度指数IRI、标准差δ、3 m直尺量测的最大间隙h为对象,以西安咸阳机场为例,利用平整度仪测定跑道、平行滑行道(A滑)中心线两侧第一或第二幅板的平整度,分别计算了三个指标值,并运用四种非参数检验方法对任意两指标进行了差异性检验。研究结果表明:IRI与标准差δ对机场道面检测结果具有很好的相似性,没有显著性差异;而最大间隙h对机场道面检测结果与IRI、标准差δ均存在显著性差异,不具备良好的相似性;建议对机场道面平整度评价时,宜采用IRI和3 m直尺测量最大间隙h这两个指标。

机场道面平整度评价指标的相关性分析

在我国机场道面平整度评价体系中,针对早年多采用3 m直尺下最大间隙平均值而目前多采用国际平整度指数(IRI)的问题,提出了一种延续机场道面平整度评价的历史资料信息的有效途径。建立了IRI的Simulink快速求解流程,开发了3 m直尺下最大间隙平均值的计算程序,提出了一种IRI和3 m直尺下最大间隙值的相关性研究方法。基于世界范围内37条机场跑道和37条机场滑行道的纵断面数据,统计分析了两个指标之间的相关程度以及受不同分段间隔的影响。结果表明:跑道的两者线性相关系数高达0.96,滑行道的线性相关系数高达0.97,且分段间隔的取值对相关程度影响较小;IRI分别为3 m直尺下最大间隙平均值的0.86倍和0.93倍关系。探究了两个指标对道面波长的敏感性。结果表明:3 m直尺下最大间隙平均值的敏感波长为0.5~4 m的短波,与IRI的敏感波长1~5 m短波非常接近;敏感波长相似使得无论是在机场跑道还是滑行道,IRI和3 m直尺下最大间隙的平均值之间都呈现高度线性相关。本研究可为机场道面的性能预测提供更多的基础样本,制订更科学合理的道面养护维修对策。