民用飛機(jī)輪胎爆破試驗(yàn)介紹和能量分析

滕佶

摘 要：飛機(jī)輪胎爆破具有能量大，破壞性高，事發(fā)突然，無(wú)可預(yù)見(jiàn)性，而飛機(jī)艙內(nèi)設(shè)備和管路較多，被爆破能量損壞關(guān)鍵設(shè)備后飛機(jī)可能發(fā)生失控甚至發(fā)生機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故，所以輪胎爆破是民用飛機(jī)設(shè)計(jì)中必須考慮的環(huán)節(jié)。文章通過(guò)爆破試驗(yàn)的方法對(duì)輪胎爆破能量進(jìn)行分析，對(duì)輪艙內(nèi)設(shè)備防護(hù)具有指導(dǎo)性意義。

關(guān)鍵字：試驗(yàn)；爆破；輪胎

中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）12-0066-02

Abstract： Aircraft tire blasting has the characteristics of large energy， high destructibility， sudden and unpredictable accidents， and there are more equipment and pipelines in the cabin of the aircraft. After being damaged by the blasting energy， the aircraft may lose control or even cause a catastrophic accident of aircraft destruction and death. So the tire blasting is the link that must be considered in the civil aircraft design. In this paper， the blasting energy of tire is analyzed by blasting test method， which is of guiding significance to the protection of wheel cabin equipment.

Keywords： test； blasting； tyre

1 概述

民用飛機(jī)輪胎是飛機(jī)的關(guān)鍵部件，它是飛機(jī)起飛、著陸和滑行時(shí)飛機(jī)與地面接觸的唯一接口。由于飛機(jī)的具有速度快、重量大、地面工況復(fù)雜等特點(diǎn)，飛機(jī)輪胎充氣壓力比汽車輪胎高8-10倍左右，所以一旦發(fā)生爆破，破壞力巨大。為獲得可靠的輪胎爆破沖擊壓力數(shù)據(jù)，通過(guò)選取某一典型輪胎進(jìn)行試驗(yàn)的方法，測(cè)量爆破沖擊噴流壓強(qiáng)，分析輪胎爆破后壓力分布。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

該輪胎爆破能量試驗(yàn)?zāi)康脑谟谔峁┯?jì)算校核艙內(nèi)設(shè)備與防護(hù)罩強(qiáng)度所必須的能量沖擊載荷分布數(shù)據(jù)，為驗(yàn)證飛機(jī)起落架艙內(nèi)與周圍零件符合中國(guó)民用航空規(guī)章CCAR25.729（f）條款所規(guī)定的艙內(nèi)防護(hù)提供理論依據(jù)[1]。

3 試驗(yàn)方案描述

3.1 試驗(yàn)件

本試驗(yàn)件輪胎型號(hào)為H40x14.0-19 20層級(jí)。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備描述

需要用到的試驗(yàn)設(shè)備有試驗(yàn)臺(tái)架1個(gè)、機(jī)輪假件1個(gè)、爆破壓力傳感器15個(gè)、高速攝影機(jī)1臺(tái)以及引爆輪胎用到的加熱電阻絲。為獲得輪胎爆破沖擊力在最嚴(yán)酷爆破平面內(nèi)分布關(guān)系，試驗(yàn)設(shè)備的布置圖如圖1、2所示。

假定輪胎爆破形式為對(duì)稱形式，只需將傳感器布置在輪胎對(duì)稱平面的一側(cè)。傳感器分別在0°、17°、35°、52°和70°方向布置。為防止前后傳感器數(shù)據(jù)互相干擾，前后傳感器間距因保證0.5m。

3.3 試驗(yàn)方案

輪胎爆破試驗(yàn)共引爆了5條輪胎，每條輪胎的引爆方式相同，首先是通過(guò)打磨輪胎至一定厚度，然后通過(guò)電阻絲加熱破壞輪胎簾布層的方式引爆輪胎，具體見(jiàn)圖3所示。隨后按照?qǐng)D2布置的傳感器搜集在各方向上的輪胎爆破沖擊壓力隨時(shí)間變化的響應(yīng)。

3.4 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

由于輪胎爆破時(shí)會(huì)伴隨著高溫狀態(tài)，在高溫情況下輪胎充氣壓力會(huì)升高，假設(shè)最高的溫度為輪轂熱熔塞溫度199℃，此事等效的輪胎充氣壓力為250psi。將輪胎打磨至一定厚度，給輪胎打磨的中心部位安裝熱電阻絲，并安裝好高速攝影機(jī)。

4 爆破過(guò)程及數(shù)據(jù)采集

根據(jù)3.3節(jié)所述，通過(guò)加熱電阻絲引爆5條輪胎，并按照?qǐng)D2布置的傳感器搜集輪胎爆破過(guò)程中不同點(diǎn)的氣壓隨時(shí)間的響應(yīng)，用于計(jì)算分析輪胎爆破壓力的分布關(guān)系。如圖4所示為某條輪胎爆破過(guò)程中快速攝像機(jī)捕捉的照片。

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)輪胎爆破試驗(yàn)傳感器記錄的爆破壓力得出的某次爆破壓力響應(yīng)曲線見(jiàn)圖5所示。

由于試驗(yàn)提供的壓力為動(dòng)態(tài)壓力，為方便計(jì)算需要將動(dòng)態(tài)壓力轉(zhuǎn)化為等效靜態(tài)壓力。等效靜態(tài)壓力計(jì)算方法是將動(dòng)態(tài)壓力曲線與時(shí)間軸包圍的面積除以經(jīng)歷的時(shí)間關(guān)系所得出的平均壓力值。初步估計(jì)輪胎爆破持續(xù)時(shí)間為△t=10ms，初始時(shí)間為爆破壓力達(dá)到輪胎初始充氣壓力的5%。

等效靜態(tài)壓力值為：

其中：PE：等效靜態(tài)壓力；P（t）：隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)壓力值。

根據(jù)計(jì)算得出的各個(gè)傳感器上的等效靜態(tài)壓力結(jié)果，發(fā)現(xiàn)最嚴(yán)酷的輪胎爆破壓力方向在0°至17°之間都可能發(fā)生，可見(jiàn)圖6為試驗(yàn)傳感器上的等效靜態(tài)壓力分布圖，其中在同等距離情況下最大等效靜態(tài)壓力在0°、17°上，所以得出結(jié)論是等效靜態(tài)壓力分布在0°至17°之間與角度無(wú)關(guān)。

綜合以上試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)得出在爆破平面內(nèi)任意一點(diǎn)的等效靜態(tài)壓力擬合后計(jì)算公式為：

（2）

當(dāng)0？燮？琢？燮17°：f（？琢）=0.0419；

17°<？琢？燮70°：f（？琢）=9.91×10-4×？琢+7.215+10-3；

其中：PE：等效靜態(tài)壓力，單位psi；x：與輪胎爆破位置間距，單位in；？琢：與輪胎對(duì)稱面的夾角，單位°。

如圖7所示為等效靜態(tài)壓力分布云圖。

6 結(jié)束語(yǔ)

因民用飛機(jī)對(duì)安全性要求較高，輪胎爆破時(shí)不可忽略的一塊，而國(guó)內(nèi)航空領(lǐng)域缺乏對(duì)輪胎爆破的經(jīng)驗(yàn)。本文介紹了輪胎爆破試驗(yàn)的意義并介紹了一種典型飛機(jī)輪胎爆破試驗(yàn)方法并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，可為相似機(jī)型的輪胎爆破提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)民用航空局.運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)第25部（第三版）[S].中國(guó)民用航空規(guī)章，2001，05.