基于临界滑水速度的湿滑路面全域滑水风险量化评价

基于修正LuGre摩擦模型提出临界滑水速度的快速计算方法,以临界滑水速度为滑水风险事件发生的判断指标;基于湿滑路段水膜厚度分布以及车速、轮迹等车辆行驶状况的概率模型,计算滑水风险事件发生的概率,从而对滑水风险进行量化,并根据风险概率将滑水风险划分为5个等级。结果表明:临界滑水速度主要受水膜厚度的影响,与路面的高程特征密切相关;当路面存在车辙、坑槽等表面病害时,病害区域的临界滑水速度显著下降。车辆滑水风险与临界滑水速度分布基本一致,但轮迹带区域的风险相对较高;降雨强度较大时,无病害或低病害路段的低风险区域超过96%,路段整体处于低风险等级,车辙等严重病害处出现大量中高风险区域,导致路段整体风险等级提高。

临界滑水速度的计算研究

利用动量定理,分别计算楔角较小(楔角小于0.4°)和楔角较大两种情况下滑水速度值。以小轿车、中型汽车和载重车为例分析车轮内压、水膜厚度与滑水速度的关系。结果表明:不论楔角较小或者较大,滑水速度与车轮内压成正比;楔角较大且车轮内压一定时,滑水速度与水膜厚度成反比。通过NASA滑水速度方程,对理论计算的滑水速度值进行验证,得出它的可靠性满足要求。

沥青路面水膜效应及临界滑水速度研究综述

回顾了沥青路面水膜研究的历程,分析了国内外水膜厚度计算成果,对滑水类型和判定标准进行了总结,并基于试验、力学模型建立的方程以及数值模拟和仿真等方面的相关成果对临界滑水速度进行归纳总结并对比分析。

基于流固耦合的轮胎花纹滑水性能研究

以205/55 R16型号轮胎为研究对象,基于Abaqus CEL流固耦合方法构建轮胎滑水有限元模型。将模拟得到的轮胎垂直刚度与实验数据进行对比,验证轮胎模型可靠性的前提下,优化欧拉域,更好地捕捉并分析轮胎滑水时水流印迹特征。结合NASA经验公式评估模拟得到的临界滑水速度,验证轮胎滑水模型可靠性,分析不同充气压力和水膜厚度对轮胎临界滑水速度的影响。通过引入V型横向花纹和增加F1 Nose结构优化轮胎花纹结构,验证花纹沟槽子模型优化合理性,对比优化前、后轮胎临界滑水速度和水流压力。结果表明:此优化方法能有效提高轮胎的滑水性能。

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度数值仿真

采用ABAQUS建立了基于CEL算法的飞机轮胎与积水道面流固耦合分析模型,推导了轮胎接触面动水压强与道面竖向支撑力表达式,对比了飞机起飞与着陆过程中的滑行状态,提出了临界滑水速度的上下限解概念,校核了轮胎模型静态变形与动态滑水特征,研究了胎压、胎纹与水膜厚度的影响规律,分析了轮胎接地面积与动水压强分布。仿真结果表明:在76.6kN轴载作用下,轮胎模型接地面积为0.076m2,轮胎中心竖向变形约为3.27cm,轮胎临界滑水速度为128.5~222.4km·h^(-1),与NASA轮胎滑水试验数据一致,验证了仿真模型的合理性和适用性;在胎压为1 140kPa时,减速冲击条件下飞机轮胎临界滑水速度为163km·h^(-1),小于加速冲击时的上限226km·h^(-1),轮胎接地面积明显减小,道面支撑力低于机轮轴载的10%;在450~1 109kPa胎压范围内,减速冲击时临界滑水速度下限较NASA经验公式计算结果更为保守,两者相差30~70km·h^(-1);轮胎纵向沟槽排水可降低轮胎前缘动水压强峰值,增大轮胎接地面积,减速冲击时带纹轮胎临界滑水速度较光滑轮胎提高了26.9%~28.8%,增幅约为加速冲击时的2倍;当道面水膜厚度由3mm增加至13mm时,胎压为1 140kPa的飞机轮胎临界滑水速度上下限分别降低了85km·h^(-1)和43km·h^(-1);在低胎压、厚水膜与减速冲击条件下,临界滑水速度下限仅为127km·h^(-1),低于常见飞机进近接地速度205~250km·h^(-1),因此,滑水事故风险增加。

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度计算方法比较

以美国国家航空航天局(NASA)临界滑水速度计算公式为基础,基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法建立动流场冲击原地转动轮胎分析模型,并由NASA公式及试验数据验证了模型的正确性及NASA公式在重轴载高胎压范围的适用性。进而考虑实际道面积水状态,建立滚动轮胎冲击静流场模型,探讨实际积水状态对临界滑水速度的影响。通过两类模型对比分析得出:两类模型的轮胎-水膜相互作用机理不同,相同速度和胎压下,后者在轮胎前缘形成的动水压强峰值明显高于前者,表明滚动轮胎冲击静流场模型中轮胎受到动水压强抬升作用更为显著,且相同速度条件下,滚动轮胎冲击静流场分析模型计算的竖向支撑力和临界滑水速度始终低于动流场冲击滚动轮胎的结果,表明该模型计算结果偏于安全,更适用于飞机高速滑行中轮胎-水膜相互作用分析。据此,提出了基于道面积水状态的临界滑水速度计算公式。

湿滑跑道飞机着陆轮胎-水膜-道面相互作用

基于飞机在湿滑跑道着陆时轮胎-水膜-道面相互作用流体力学平衡,得到道面积水水膜厚度、飞机行驶速度和轮胎花纹沟槽深度为动水压强的主要影响因素。以波音737-800的主轮胎为主要研究对象,建立轮胎-水膜-道面相互作用三维模型,基于Fluent软件建立三者相互作用有限元分析模型,采用流体体积函数(VOF)法获得轮胎迎水面水流分布情况和平均动水压强,利用上述有限元模型对动水压强影响因素进行规律性分析,得出动水压强的显著影响因素为道面积水水膜厚度和飞机行驶速度,动水压强与水膜厚度及行驶速度呈正相关,水膜厚度大于3 mm时水膜产生的动水压强增长较快,等于12 mm时动水压强达到并超过胎压(1.47 MPa),存在滑水风险。行驶速度小于100 km/h时,动水压强值小于胎压,不存在滑水风险。基于上述分析结果建立动水压强与水膜厚度、行驶速度和轮胎花纹沟槽深度之间的相关关系式,考虑着陆升力的影响,获得不同降雨条件下波音737-800临界滑水速度及着陆距离延长值,为飞机着陆安全行驶提供重要理论依据。

沟槽磨损对飞机轮胎滑水影响仿真分析

飞机轮胎的磨损状态对其滑水行为有着重要影响,进而影响飞行安全。针对该问题,利用有限元软件建立不同磨损程度的轮胎模型,并利用CEL算法建立轮胎—水膜—道面相互作用的模型,分析轮胎磨损程度对三者相互作用的影响,计算得到不同磨损程度的轮胎在不同水膜厚度道面上的临界滑水速度。结果表明:沟槽磨损程度大于50%,轮胎排水能力明显下降,同时前缘动水压强分布发生变化;随着轮胎磨损程度的增加,其临界滑水速度不断降低,当沟槽深度磨损至小于当前道面水膜厚度,轮胎临界滑水速度下降16%~21%,更易发生滑水现象,从而影响飞机降落过程中的操控性能。据此,建议航空公司将轮胎更换标准修正为“磨损率达到50%时进行更换”。

复杂花纹子午线轮胎水滑特性仿真研究

基于LS-DYNA非线性有限元分析软件,建立具有复杂胎面花纹的175/65R14子午线轮胎三维有限元模型。通过轮胎径向刚度试验验证所建轮胎有限元模型的有效性,并在此基础上构造轮胎水滑仿真分析模型。使用ALE算法处理轮胎与水流间的流固耦合关系,仿真分析轮胎从静止到水滑现象产生的全过程,获得的轮胎临界水滑速度与经验公式的计算结果具有较好的一致性。3种不同花纹轮胎水滑速度仿真结果在趋势上与预期一致,进一步说明了有限元方法对轮胎水滑特性仿真评价的有效性。

轮胎水滑特性的研究进展

概述轮胎水滑特性的研究进展,包括轮胎水滑现象的产生过程、水滑临界速度的定义以及水膜深度、轮胎充气压力、负荷、花纹沟槽形式和磨损程度等对轮胎水滑特性的影响,重点介绍目前国际上主要抗水滑轮胎的类型和结构特点以及水滑特性的理论研究和数值模拟情况,指出水滑特性数值模拟存在的问题是数值模拟技术多集中在轮胎充气压力、积水深度和车辆速度等因素的研究上,对轮胎胎面花纹形式、结构和材料因素研究很少,且各因素间的影响研究不多。

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。