重型飛機(jī)對(duì)機(jī)場(chǎng)道面影響的計(jì)算.doc

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1、重型飛機(jī)對(duì)機(jī)場(chǎng)道面影響的計(jì)算1問題的提出在今后的十年中，新式雙層大型飛機(jī)的問世是不可避免的，它促使機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員認(rèn)真研究這類飛機(jī)對(duì)原有機(jī)場(chǎng)空間上的影響，至少應(yīng)把注意力放在這類飛機(jī)對(duì)跑道道面和停機(jī)坪道面垂直方向的影響上。對(duì)新一代飛機(jī)來講，為上一代飛機(jī)而設(shè)計(jì)的老道面可能顯得特別薄弱，需要有進(jìn)行長(zhǎng)期、特殊翻修的研究;目前的道面設(shè)計(jì)方法可能不再是滿足未來飛機(jī)使用要求的設(shè)計(jì)方法。然而，這些間題不能僅僅局限于未來的重型飛機(jī)。歷史上，飛機(jī)重量一直保持持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭，但是在最近幾年，由于空中交通客流量的增大，

2、使得在許多航線上運(yùn)營(yíng)的飛機(jī)的重量急劇增大。波音737—300、—400和空中客車A310、A320比波音737一100、一200、BAel一11等飛機(jī)重得多。波音757、767飛機(jī)占領(lǐng)了以前波音737飛機(jī)運(yùn)營(yíng)的航線。現(xiàn)在波音777飛機(jī)將投入以前由較小飛機(jī)運(yùn)營(yíng)的航線。飛機(jī)的單機(jī)重量也在增長(zhǎng)，如，1968年波音747一100型飛機(jī)的重量為323400kg，而目前波音747一400型飛機(jī)的最大重量為396956kg，增長(zhǎng)了22%。所有這些變化對(duì)機(jī)場(chǎng)道面特別是那些10一15年前設(shè)計(jì)的為上一代飛機(jī)使用的機(jī)

3、場(chǎng)的壽命有影響。2道面的破壞及維護(hù)道面的破壞有一個(gè)持續(xù)的過程，在飛機(jī)荷載、輪胎和氣候條件的作用下，道面發(fā)生的結(jié)構(gòu)破壞將最終導(dǎo)致道面表面發(fā)生破壞(道面斷裂或出現(xiàn)車轍)，為了保證飛機(jī)安全，需要進(jìn)行局部的翻修，通常采用是局部修補(bǔ)的方式。但是，長(zhǎng)期的局部翻修策略將帶來很大浪費(fèi)。這種浪費(fèi)不僅是人力上和物力上的，而且包括由于道面鋪筑帶來飛機(jī)停航的損失和由于局部翻修不及時(shí)而使飛機(jī)面臨損壞的危險(xiǎn)。這種浪費(fèi)最終將超過全部翻修的費(fèi)用，全部翻修通常采用水泥混凝土和瀝青混凝土罩面的方式。但何時(shí)實(shí)施全部翻修的決策通常是一

4、個(gè)困難的問題，一旦實(shí)施這種決策就應(yīng)使道面在整個(gè)使用期內(nèi)的使用維護(hù)費(fèi)用減至最少。對(duì)加鋪層所覆蓋的原道面的結(jié)構(gòu)破壞情況須進(jìn)行研究。如果原道面破壞嚴(yán)重，那么加厚層厚度會(huì)不必要地增大，造價(jià)提高。選擇加鋪層的方案應(yīng)考慮道面的現(xiàn)狀和在給定末來飛機(jī)荷載的條件下道面破壞的比率，同時(shí)應(yīng)考慮近期和未來飛機(jī)發(fā)展的變化，較重的飛機(jī)將對(duì)道面破壞的比率影響大。3、重型飛機(jī)對(duì)道面的影響飛機(jī)對(duì)道面的破壞效果不是僅僅與飛機(jī)的重量有關(guān)系，飛機(jī)起落架的設(shè)計(jì)有著重要的影響。但是對(duì)于一個(gè)相同的起落架來說，荷載越大，對(duì)道面的破壞越大。作為

5、一條非常近似的經(jīng)驗(yàn)，道面破壞增大量與荷載的4次方成正比。由于飛機(jī)重量增大而引起的道面破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了由于同一種飛機(jī)使用機(jī)場(chǎng)頻率的增大而引起的道面破壞。飛機(jī)重量增大的影響可能通過改變飛機(jī)起落架的設(shè)計(jì)來減輕，增加機(jī)輪數(shù)量和加大機(jī)輪間距可以擴(kuò)散荷載，降低道面結(jié)構(gòu)和基層中的應(yīng)力。隨著60年代和70年代寬體飛機(jī)(波音747、DC一10、L一1011)的問世，飛機(jī)的輪距比上一代飛機(jī)(波音707、DC一3、vC一10)有了明顯的增大，在以后的飛機(jī)如波音一757、一767、空中客車A300的設(shè)計(jì)中，沿用了這種增大

6、的幾何尺寸。雖然增加飛機(jī)主起落架機(jī)輪的數(shù)量有助于擴(kuò)散荷載，但是荷載降低的程度并不直接與飛機(jī)機(jī)輪的數(shù)量成比例，因?yàn)榈烂姹砻娉惺艿淖畲蠛奢d是主起落架單個(gè)輪子分擔(dān)的荷載。隨著道面深度的增加，由每個(gè)單輪產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)將出現(xiàn)疊加的現(xiàn)象，道面的應(yīng)力狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)很大的單輪荷載單獨(dú)作用，這個(gè)單輪荷載比起落架中一個(gè)單輪荷載要大得多。當(dāng)量單輪荷載(ESWL)的概念常用來模擬機(jī)輪之間應(yīng)力相互疊加的效果，當(dāng)量單輪荷載(ESWL)的含義是一個(gè)單輪荷載作用在道面上在道面一定深度產(chǎn)生應(yīng)力狀態(tài)與實(shí)際的主起落架作用相同。由于應(yīng)力

7、的疊加隨深度增大，當(dāng)量單輪荷載的值也隨深度增大，圖1和圖2分別描述了荷載疊加和當(dāng)量單輪荷載隨深度和主起落架輪數(shù)增大而增大的規(guī)律，其中每個(gè)輪上作用相同的荷載。4道面設(shè)計(jì)原理道面設(shè)計(jì)的基本原理，是道面厚度應(yīng)滿足在飛機(jī)荷載的作用下道面的應(yīng)力和應(yīng)變等于道面的允許應(yīng)力和應(yīng)變的要求。這種原理好像很簡(jiǎn)單，但實(shí)際上道面設(shè)計(jì)是眾多工程問題中最為復(fù)雜的問題。常用的道面設(shè)計(jì)方法，如《機(jī)場(chǎng)道面設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)(FAA，1978)》、(機(jī)場(chǎng)道面設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)指南(PSA，1989))等，都按目前飛機(jī)進(jìn)行了很好的標(biāo)定，特別是通過了1

8、970年由美國(guó)陸軍工程師兵團(tuán)承擔(dān)的非常重要的道面多輪起落架重載測(cè)試。但是用來推導(dǎo)道面設(shè)計(jì)方法的數(shù)據(jù)，并不包括波音777飛機(jī)和未來飛機(jī)更為復(fù)雜的起落架荷載，這些數(shù)據(jù)能否很好地描述未來飛機(jī)的情況目前還不清楚。特殊地，在有些道面結(jié)構(gòu)如柔性道面中用目前的方法處理多輪荷載的疊加問題，可能過大地估計(jì)了多輪荷載對(duì)道面的破壞效果。其結(jié)果將導(dǎo)致道面設(shè)計(jì)過于保守，或?qū)υ烂嫣岢黾訌?qiáng)的建議，但這種保守主義將造成浪費(fèi)。它也會(huì)使重型飛機(jī)道面設(shè)計(jì)的成功方案的實(shí)施受到限制，實(shí)際上飛機(jī)對(duì)原道面來說可能不會(huì)超載。5飛機(jī)/道面分級(jí)