民機機輪破壞模型及其應用研究

鄭鵬輝

【摘 要】民機機輪爆破會在飛機運營中產(chǎn)生嚴重的安全隱患，因此針對機輪破壞模型開展研究工作具有十分重要的意義。本文從飛機適航的角度，分析了機輪破壞模型的重要性，并給出了機輪破壞的初步模型。并在此基礎上，建立了民機安全性分析工作的基本流程關系，分析了機輪破壞模型在民機設計過程中的應用場景。

【關鍵詞】民機；機輪破壞；安全性

1 機輪破壞模型概述

輪胎是民用飛機起落架裝置中不可或缺的部件之一，其是否正常可靠的工作，對于保證飛機的安全起飛和降落具有至關重要的作用。

大型飛機近百噸的重量僅由若干個輪胎組承受，輪胎組成為飛機和地面之間作用力的傳遞部件，其需要吸收飛機起降過程中產(chǎn)生的巨大能量和沖擊作用，承受飛機頻繁起降過程中的交變應力和熱力作用。因此，嚴苛的使用條件使航空輪胎不可避免的受到損壞或出現(xiàn)失效，直接危及飛行安全。比較著名的由輪胎故障導致的航空事故案例是2000年協(xié)和超音速客機空難事故，[1]法國方面的技術調(diào)查報告當時認定，此次空難是由起落架輪胎爆裂引發(fā)一系列連鎖故障（如輪胎碎片擊破油箱起火）所致，而有統(tǒng)計表明，自1976年投入商業(yè)運營以來，協(xié)和式客機已經(jīng)先后發(fā)生十多次起落架輪胎爆裂的事故。

因此，掌握航空輪胎的相關理論知識，并結合“機輪破壞模型”開展研究具有十分重要的意義。

2 航空輪胎適航標準

根據(jù)CCAR25及AC25-22，機輪破壞是突然的、有時是猛烈的，壓力來自輪胎內(nèi)部，通常與胎內(nèi)裂縫、外來物體損壞或輪胎過熱/過載有關。

FAA認為，機輪破壞是在飛機輪胎處于惡劣運行環(huán)境下偶然發(fā)生的，而實際上某些輪胎損傷可能在輪胎破壞前一直未被發(fā)現(xiàn)，有鑒于此，安裝在輪艙內(nèi)的設備在合格審定時應評定其承受機輪破壞影響的能力。要通過分析和試驗室試驗來確定關鍵區(qū)域，而且經(jīng)常要進行設計更改以保證單個機輪破壞不會使關鍵功能喪失。[2]

飛機在使用中由輪胎和機輪破壞引起的事故屢見不鮮，CCAR 25 R4第25.729條收放機構中明確指出：位于輪艙內(nèi)且對于飛機安全運行必不可少的設備必須加以保護，使之不會因下列情況而損傷：

（1）機輪破壞（除非表明輪胎不會因過熱而爆破）；

（2）輪胎胎面松弛（除非表明由此不會引起損傷）。

3 機輪破壞模型必要性分析

機輪破壞危害性大，影響范圍廣，涉及多個系統(tǒng)，對飛機級和系統(tǒng)級的功能都有重要影響。依據(jù)相關適航條款CCAR25.729（f）要求，對因機輪破壞影響導致的飛機I、II類功能危險等級的關鍵設備，飛機制造商需要做詳細的安全性分析。

故飛機機輪破壞審定是符合性驗證工作的基礎之一。在特定風險分析中，輪胎、機輪破壞模型是重要的一項。

由于機輪破壞涉及范圍廣，要保證單個機輪破壞不會使關鍵功能喪失。[3]符合性驗證的過程中，可以利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)說明某些情況不會發(fā)生。例如，第二種機輪破壞模式：氣流噴射。根據(jù)已知事故調(diào)查表明，此種情況只發(fā)生于有剎車的起落架收起時，而不必考慮起落架放下的情況。這項符合性驗證需要經(jīng)驗數(shù)據(jù)來證明此種情況不會發(fā)生，不需要更為復雜繁瑣的符合性驗證過程。

所以建立機輪破壞數(shù)據(jù)庫能夠為后續(xù)的試航取證工作節(jié)省時間和人力成本。

4 機輪破壞模型

根據(jù)實際事故情況分析，以及模擬仿真，機輪破壞共有六種模式會影響飛機安全。

根據(jù) JAA TGM/25/8 指導材料，飛機機輪破壞和輪胎胎面脫落的模式按起落架收放狀態(tài)和機輪破壞或胎面脫落形式為以下六種情況，見下表1：[4]

5 機輪破壞模型的應用

因為機輪破壞涉及范圍廣，影響大，是適航取證的過程中很重要的環(huán)節(jié)。本項目的主要目標是建立一個新的機輪破壞模型，對試航取證工作和飛機的研制過程提供依據(jù)和指導。

在安全性分析過程中，為了得到可靠的論證結果，必須建立機輪破壞模型數(shù)據(jù)庫，支撐適航取證工作，以及為安全分析和結構損傷分析提供依據(jù)。

機輪破壞模型的工作任務以及數(shù)據(jù)需求關系如下圖所示：

該模型的建立以實際數(shù)據(jù)為基礎，須保證數(shù)據(jù)來源的多樣性和數(shù)據(jù)量的充分性，包括試飛過程和實際運營過程中發(fā)生的事故數(shù)據(jù)，以及試驗所獲得的數(shù)據(jù)信息。

6 結論

機輪破壞是影響民機安全性的重要因素之一，在民機設計研發(fā)過程中必須引起足夠重視，為了更好地保障民機安全性，有必要建立統(tǒng)一完善的民機輪胎-機輪破壞模型。

建立統(tǒng)一的輪胎-機輪破壞模型，收集相似機型的機輪破壞相關事故，可以綜合以往事故的經(jīng)驗教訓，反饋指導設計過程，以防止此類事件在以后重復發(fā)生。對于民機的設計研發(fā)工作具有重要意義。

【參考文獻】

[1]謝京.“協(xié)和”墜毀一二三[J].航空知識，2000（09）：34-38.

[2]Notice No 25-137 Harmonization of Airworthiness Standards-Miscellaneous Structures Requirements[Z].2013.

[3]Airworthiness Standards： Transport Category Airplanes. FAR-25. 2012[Z].

[4]D.H.Guan，L.H.Yam，M.P.Mignolet，Y.Y.Liy.TECHNIQUES：EXPERIMENTAL MODAL ANALYSIS OF TIRES[J].Experimental Techniques[Z].

[5]Joint Aviation Authorities.wheel and tire failure model.JAA temporary guidance material，TGM/25/08（issue 2）.2002[Z].

[責任編輯：湯靜]