重型飛機對機場道面影響的計算.doc

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1、重型飛機對機場道面影響的計算1問題的提出在今后的十年中，新式雙層大型飛機的問世是不可避免的，它促使機場規(guī)劃設(shè)計人員認真研究這類飛機對原有機場空間上的影響，至少應把注意力放在這類飛機對跑道道面和停機坪道面垂直方向的影響上。對新一代飛機來講，為上一代飛機而設(shè)計的老道面可能顯得特別薄弱，需要有進行長期、特殊翻修的研究;目前的道面設(shè)計方法可能不再是滿足未來飛機使用要求的設(shè)計方法。然而，這些間題不能僅僅局限于未來的重型飛機。歷史上，飛機重量一直保持持續(xù)增長的勢頭，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營的飛機的重量急劇增大。波音737—300、—400和空中客車A310、A320比波音737一100、一200、BAel一11等飛機重得多。波音757、767飛機占領(lǐng)了以前波音737飛機運營的航線?，F(xiàn)在波音777飛機將投入以前由較小飛機運營的航線。飛機的單機重量也在增長，如，1968年波音747一100型飛機的重量為323400kg，而目前波音747一400型飛機的最大重量為396956kg，增長了22%。所有這些變化對機場道面特別是那些10一15年前設(shè)計的為上一代飛機使用的機

3、場的壽命有影響。2道面的破壞及維護道面的破壞有一個持續(xù)的過程，在飛機荷載、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)，為了保證飛機安全，需要進行局部的翻修，通常采用是局部修補的方式。但是，長期的局部翻修策略將帶來很大浪費。這種浪費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停航的損失和由于局部翻修不及時而使飛機面臨損壞的危險。這種浪費最終將超過全部翻修的費用，全部翻修通常采用水泥混凝土和瀝青混凝土罩面的方式。但何時實施全部翻修的決策通常是一

4、個困難的問題，一旦實施這種決策就應使道面在整個使用期內(nèi)的使用維護費用減至最少。對加鋪層所覆蓋的原道面的結(jié)構(gòu)破壞情況須進行研究。如果原道面破壞嚴重，那么加厚層厚度會不必要地增大，造價提高。選擇加鋪層的方案應考慮道面的現(xiàn)狀和在給定末來飛機荷載的條件下道面破壞的比率，同時應考慮近期和未來飛機發(fā)展的變化，較重的飛機將對道面破壞的比率影響大。3、重型飛機對道面的影響飛機對道面的破壞效果不是僅僅與飛機的重量有關(guān)系，飛機起落架的設(shè)計有著重要的影響。但是對于一個相同的起落架來說，荷載越大，對道面的破壞越大。作為

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

6、的幾何尺寸。雖然增加飛機主起落架機輪的數(shù)量有助于擴散荷載，但是荷載降低的程度并不直接與飛機機輪的數(shù)量成比例，因為道面表面承受的最大荷載是主起落架單個輪子分擔的荷載。隨著道面深度的增加，由每個單輪產(chǎn)生的應力場將出現(xiàn)疊加的現(xiàn)象，道面的應力狀態(tài)相當于一個很大的單輪荷載單獨作用，這個單輪荷載比起落架中一個單輪荷載要大得多。當量單輪荷載(ESWL)的概念常用來模擬機輪之間應力相互疊加的效果，當量單輪荷載(ESWL)的含義是一個單輪荷載作用在道面上在道面一定深度產(chǎn)生應力狀態(tài)與實際的主起落架作用相同。由于應力

7、的疊加隨深度增大，當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，其中每個輪上作用相同的荷載。4道面設(shè)計原理道面設(shè)計的基本原理，是道面厚度應滿足在飛機荷載的作用下道面的應力和應變等于道面的允許應力和應變的要求。這種原理好像很簡單，但實際上道面設(shè)計是眾多工程問題中最為復雜的問題。常用的道面設(shè)計方法，如《機場道面設(shè)計與評價(FAA，1978)》、(機場道面設(shè)計與評價指南(PSA，1989))等，都按目前飛機進行了很好的標定，特別是通過了1

8、970年由美國陸軍工程師兵團承擔的非常重要的道面多輪起落架重載測試。但是用來推導道面設(shè)計方法的數(shù)據(jù)，并不包括波音777飛機和未來飛機更為復雜的起落架荷載，這些數(shù)據(jù)能否很好地描述未來飛機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，可能過大地估計了多輪荷載對道面的破壞效果。其結(jié)果將導致道面設(shè)計過于保守，或?qū)υ烂嫣岢黾訌姷慕ㄗh，但這種保守主義將造成浪費。它也會使重型飛機道面設(shè)計的成功方案的實施受到限制，實際上飛機對原道面來說可能不會超載。5飛機/道面分級