不同跑道表面状态对道面摩擦特性的影响研究

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污染跑道会对飞机起飞和着陆阶段的运行安全造成显著影响,受污染跑道表面状况评估和报告不准确、不及时,造成制动性能下降,是飞机冲偏出跑道的主要因素之一。自2021年11月4日开始,机场跑道表面状况评价将由传统的单一摩擦系数转变成综合考虑道面污染物等各种因素的全球统一格式的跑道状况报告(GRF)。采用新的道面评价方式后,如何对污染道面的摩擦特性做出全面而准确的评估和预测,将给机场工作人员带来巨大挑战。飞机一旦冲偏出跑道,将严重威胁人民生命财产安全。因此,开展不同跑道表面状态对道面摩擦特性的影响研究具有十分重要的价值和意义。本文主要采用轮胎滑移距离、轮胎-跑道摩擦力、艏波角度、轮胎排水效果等指标对飞机轮胎-跑道摩擦特性进行表征,研究了主要参数如轮胎速度、轮胎载荷、污染物种类、污染物厚度、温度等对摩擦特性的影响。主要内容和结论如下:(1)针对国内不同跑道表面状态摩擦特性测量装置欠缺问题,设计并搭建了一套测量污染跑道摩擦特性的实验装置,该装置由基架、加载系统、驱动系统、旋转平台、制冷系统和数据采集系统组成,可实现不同跑道状态对轮胎滑移距离和摩擦力影响的研究。(2)采用污染跑道摩擦特性测量实验装置研究了速度、载荷、污染物厚度和温度等参数对跑道摩擦特性的影响,发现,随着速度的增加,轮胎摩擦力下降幅度逐渐减小,当轮胎速度为1m/s时,所有跑道状态的摩擦特性都较好,轮胎的滑移距离也明显小于其他情况,当轮胎速度大于5m/s时,滑移距离明显增大;随着载荷的增加,摩擦力呈正比增长,但上升幅度有所减缓;随着污染物厚度的增加,轮胎-污染跑道摩擦特性逐渐下降;不同温度的积冰跑道上,飞机轮胎在-4℃的冰面摩擦特性最差。(3)对不同跑道状态下的轮胎排水效果进行拍摄,观察发现随着速度的增加,轮胎不能很好的将积水排出;随着载荷的增加,轮胎竖向条纹的中的排水量逐渐减少;在干雪和湿雪跑道上,轮胎旋转速度较快时也能观察到微量的融水;在雪浆跑道上,轮胎旋转较快时能明显地观察到融水从轮胎竖向条纹中排出;在积冰跑道上,温度为-2℃时,轮胎将冰面完全碾碎,大量融水浮现在轮胎印记上,温度为-4℃时,可以明显观察到仍有部分融水浮现在轮胎印记上。总体看来,轮胎印记宽度随着速度的增加逐渐减小,随着载荷的增加逐渐增大。(4)通过对比3mm积水、积雪和积冰跑道上的轮胎滑移距离可以发现,轮胎在干雪跑道上的滑移距离最小,在积冰跑道上的滑移距离最大。此外,轮胎在湿雪跑道和雪浆跑道上的滑移距离变化规律基本一致,这是因为摩擦产生的热量将湿雪融化导致的结果。
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