第二章-飞机对道面的作用

机场道面设计——航空运输与工程学院1第二章飞机对道面的作用机场道面的作用：保证飞机的正常活动（停放、滑行、起飞、着陆、转弯和刹车）——停放时对道面产生垂直压力——滑行时对道面产生垂直压力、水平力、冲击力、升力——刹车和转弯时产生垂直力和水平力机场道面设计——航空运输与工程学院第二章飞机对道面的作用§第一节飞机起落架形式§第二节作用在道面上竖向静止荷载§第三节机轮轮胎压力、接触压力和接触面积§第四节作用在道面上的水平力§第五节作用在道面上的动荷载§第六节机轮轮迹横向分布与运行次数§第七节机场道面各地段受载条件分析§第八节飞机喷气流和航油对道面的作用机场道面设计——航空运输与工程学院第一节飞机起落架形式§一、起落架定义飞机在道面上作用的全部荷载通过飞机上起落架的机轮传给道面的1、主起落架：对称布置在飞机的两侧（可有多个）2、机体/腹部起落架：在飞机的中心位置，两个主起落架之间增加的起落架，可不对称3、辅助（前）起落架：承担较少（约10%）飞机质量，大部分位于飞机前部，结构设计不考虑机场道面设计——航空运输与工程学院机场道面设计——航空运输与工程学院第一节飞机起落架形式§——飞机荷载通过机轮传递给道面。§——停放时的静荷载与飞机总质量及起落架的形式有关。§——通常起飞质量大于着陆质量。起飞质量分为正常起飞质量和最大起飞质量。§——机场道面设计：以使用该机场的主要飞机的最大起飞质量作为计算依据或采用对道面结构厚度要求最大的飞机总质量作为计算依据。机场道面设计——航空运输与工程学院第一节飞机起落架形式§二、飞机起落架命名规则§1、飞机起落架形状基本名称：主起落架、机体/腹部起落架（如果存在）和描述的胎压参数机场道面设计——土木工程系第一节飞机起落架形式§二、飞机起落架命名规则§2、基本起落架类型：单个的类型由通过给定轴上的机轮数（或轴线）和是否有重复的轴决定。多个起落架支柱紧密接近，最好把它看作一个单独的起落架。§3基本起落架代码：S单轮；D双轮；T三轮；Q四轮机场道面设计——航空运输与工程学院第一节飞机起落架形式§飞机主起落架的形式：单轮、双轮、双轴双轮、串列双轴双轮、串列单轴双轮、串列多轴多轮。机场道面设计——土木工程系第一节飞机起落架形式§二、飞机起落架命名规则§4、历史上轴名称的使用：轴的名称T不再出现在命名李§5、起落架命名说明a指出轴数或轴上的轮数：3D代表3轴双轮b起落架的代码：S,D,T,Qc起落架的数量机场道面设计——土木工程系§起落架构型图机场道面设计——土木工程系机场道面设计——土木工程系机场道面设计——土木工程系机场道面设计——土木工程系第一节飞机起落架形式§二、飞机起落架命名规则§10胎压信息§飞机等级号（ACN）和道面等级号(PCN)由国际民航组织（ICAO）创立胎压分类标准分类胎压范围（MPa）代码高无限制W中1.01-1.5X低0.51-1.0Y极低0.0-0.5Z机场道面设计——土木工程系第一节飞机起落架形式§二、飞机起落架命名规则§10胎压信息起落架命名无胎压和有胎压代码的示例无胎压起落架命名有胎压起落架命名无胎压起落架命名有胎压起落架命名SS(W)Q2Q2(Y)2S2S(X)2D/3D22D/3D2(Z)2D/2D12D/2D1(Z)机场道面设计——航空运输与工程学院第二节作用在道面上竖向静止荷载§主起落架上承担的荷载（MN）§辅助起落架上承担的荷载（MN）§飞机总重力的90%-95%分配在主起落架上。§主起落架的形式直接影响机轮传给道面荷载的大小。道路工程——土木工程系第二节作用在道面上竖向静止荷载§主起落架形式对道面厚度影响很大§——若飞机总重力不变，主起落架为单轮时道面厚度为100%，则主起落架为双轮时道面厚度为80%，主起落架为双轴双轮时道面厚度为60%。§每个机轮上飞机的荷载§M-飞机上主起落架个数§N-一个主起落架上的机轮数MNPPZj道路工程——土木工程系第三节机轮轮胎压力、接触压力和接触面积§轮胎压力：轮胎的充气压力§接触面积（轮印面积）：机轮传给道面的荷载所分布的面积。§轮印形状近似椭圆形，两半轴比在1.25-2.0之间。§接触压力：接触面积上的荷载集度。一般认为：轮胎与道面之间的接触压力等于轮胎压力。道路工程——土木工程系第三节机轮轮胎压力、接触压力和接触面积§道面设计：§——假定轮印面积内接触压力是均匀分布的。§——接触面积A常以等面积的圆形代替§轮印面积轮胎压力§当量圆形半径R道路工程——土木工程系第三节机轮轮胎压力、接触压力和接触面积§轮胎压力大小对道面厚度影响很大。计算表明：在结构相同的刚性道面中，轮胎压力增加0.07MPa，则需要增加板厚约0.5cm。§道面厚度随轮胎压力增加而增加，随主起落架轮数增多而减小。道路工程——土木工程系第三节机轮轮胎压力、接触压力和接触面积§沥青道面：垂直应力的大小取决于荷载和轮胎压力的大小。§——轮胎压力对表层垂直应力的影响很大，当超过一定深度时，没有影响。§——高轮胎压力作用：上层采用高强度材料，下层采用一般强度的材料。§——沥青道面所需总厚度与轮胎压力关系不大。§——采用双轮荷载比单轮荷载可显著改善道面体系的垂直应力状态。道路工程——土木工程系第四节作用在道面上的水平力水平力的产生§——飞机运动时机轮与道面之间的摩擦§——机轮经过道面不平整处因撞击引起§——飞机着陆时的制动过程§——飞机滑行过程中的转弯道路工程——土木工程系第四节作用在道面上的水平力道面上滑行的飞机不制动，作用在道面上的水平荷载：机轮制动时的水平荷载：滚动摩擦系数——滑动摩擦系数——机轮的垂直荷载=静荷载+升力+附加的振动力dfPT1d2PTfdP道路工程——土木工程系第四节作用在道面上的水平力摩擦系数f和：取决于道面结构形式、道面表面的状态、飞机的运动速度、轮胎花纹及磨损程度。道路工程——土木工程系第四节作用在道面上的水平力飞机制动时作用的水平荷载可达0.1-1.0Pd，且大大超过机轮不制动时产生的水平荷载。水平荷载作用时间短，引起的水平应力随深度增大迅速减小。——刚性道面：不考虑水平荷载作用——柔性道面：过大的水平应力会引起面层产生波浪、拥包和剪切破坏，应对水平荷载进行验算，必要时设置保护层（磨耗层）。道路工程——土木工程系第五节作用在道面上的动荷载飞机滑行、起飞、着陆和地面试车，都会对道面产生动效应。动效应与道面结构的力学特性有关，柔性道面不考虑飞机动效应。——道面越不平整，冲击作用越大。道路工程——土木工程系第五节作用在道面上的动荷载飞机着陆时跑道端部道面受到机轮的撞击，撞击作用与飞机的飘落高度有关。——正常着陆（飞机在离地面0.5-1.0m开始飘落）时飞机对道面产生的作用很小。——粗暴着陆（飞机飘落高度超过0.5-1.0m）冲击力可达静荷载的3倍，是不允许的。道路工程——土木工程系第五节作用在道面上的动荷载飞机对道面的动荷载响应复杂。通常是引入动载系数，把动荷载转换为静荷载，按静力学分析方法进行道面结构的位移和应力计算。我国军用机场水泥混凝土道面采用的动载系数：道路工程——土木工程系第六节机轮轮迹横向分布与运行次数一、机轮轮迹横向分布•——主要影响因素：飞机类型、主起落架数量、主起落架间距及机轮数量、轮胎宽度、训练科目•——主起落架数量少、间距小、主轮数量少、轮胎宽度小，轮迹的横向分布比较集中。•在跑道中心10m宽（两侧各5m）范围内，轮迹分布概率为91.76%，在22m宽范围内轮迹分布概率为99.99%。道路工程——土木工程系第六节机轮轮迹横向分布与运行次数§绝大多数机轮荷载集中在跑道横断面的中间1/3的宽度内，跑道断面中间部分是决定性的交通区域——不等厚断面设计道路工程——土木工程系第六节机轮轮迹横向分布与运行次数§二、运行次数§——飞机起飞和着陆的次数。§——同一机型飞机起飞和着陆重力不同，起飞重力大于着陆重力。§——起飞一次作为一次运行次数，着陆一次则进行折算。折减系数随道面所使用的机型不同而不同。军用机场水泥混凝土道面设计规范规定着陆一次为0.75次运行次数道路工程——土木工程系第六节机轮轮迹横向分布与运行次数§运行次数换算§——将不同质量飞机的年平均运行次数换算为设计飞机的年平均运行次数。§——换算原则：同一道面结构在不同飞机作用下达到相同的损失程度。§——换算关系与道面结构类型有关道路工程——土木工程系第六节机轮轮迹横向分布与运行次数§沥青混凝土道面：起落架的构型不同对运行次数换算关系的影响通常采用当量单轮荷载法（将多轮起落架上的荷载用一个等效的单轮荷载来表示）。有等竖向应力和等弯沉的当量单轮荷载法。道路工程——土木工程系第七节机场道面各地段受载条件分析§一、滑行道§——飞机在地面滑行的主要通道。§——起飞时，飞机经过滑行道到达跑道端部；着陆时飞机经过滑行道到达停机坪。§——滑行道宽度小，机轮几乎沿着同一轨迹滑行（渠化交通），滑行道上机轮荷载的重复作用次数大大增加。§——飞机在滑行道上的速度一般20-30km/h，此时升力小，道面不平整处会产生冲击作用。道路工程——土木工程系第七节机场道面各地段受载条件分析§二、跑道§——跑道端部：飞机从慢速滑行道停止，对准跑道后提高发动机的转速进入起飞状态，此时飞机不仅承受垂直荷载，而且承受较大的水平荷载，会在道面结构中产生较大的剪切应力。不会形成渠化交通，受载条件比滑行道好。§——跑道中部：飞机速度较快，升力较大，机轮对道面作用小。§——跑道横向：轮迹横向分布道路工程——土木工程系第七节机场道面各地段受载条件分析§三、停机坪§——供飞机停放、维护保养、加油、装卸货物和弹药的场所。§——飞机长时间停放和满载起飞的滑进滑出，受载条件与跑道端部相近。道路工程——土木工程系第七节机场道面各地段受载条件分析§滑行道受载条件最差，所要求的道面厚度最大；§跑道中部受载条件最好，所要求的道面厚度最小；§跑道端部和停机坪介于上述两者之间，道面厚度中等。道路工程——土木工程系第七节机场道面各地段受载条件分析§民用机场根据道面上飞机荷载作用条件不同，沥青道面结构设计分为四个区§Ⅰ区：跑道端部，设计飞机全重公国的滑行道，站坪，等待坪§Ⅱ区：跑道中部，快速出口滑行道§Ⅲ区：过夜停机坪，维修机坪，通向维修机坪的滑行道§Ⅳ区：防吹坪，道肩道路工程——土木工程系第八节飞机喷气流和航油对道面的作用§喷气式发动机喷出的高温、高速气流，在喷口附近的气流最高温度可达850-900ºC，气流速度可达180m/s。§喷气流与道面接触处的温度主要取决于发动机类型、喷口高度、发动机轴线倾角、作用时间的长短和当时的道面温度。道路工程——土木工程系第八节飞机喷气流和航油对道面的作用§——水泥混凝土材料可以承受500ºC的高温而不致发生破坏，飞机的尾喷气流不会对水泥混凝土道面产生影响。§——沥青混凝土道面由于沥青材料超过60ºC就会发软，因此尾喷气流会影响沥青混凝土道面的强度。但实测表明：只要飞机尾喷气流对道面某一处左右的时间不超过2-3分钟，就不致引起沥青道面的损坏。§控制方法：§1）限制飞机在沥青道面的停留时间§2）在飞机停留时间较长的道面地段（跑道端部、停机坪），采用水泥混凝土道面。道路工程——土木工程系第八节飞机喷气流和航油对道面的作用§发动机停车后，油管内一部分油料会散落到道面上，航油会侵蚀沥青道面，导致沥青溶解，混合料散碎，进而形成坑洞，使沥青道面破坏。§控制方法：在油料泄露较多的部位修筑水泥混凝土道面，抵抗油料的腐蚀。