基于適航的小型飛機輪胎和機輪的選型方法

馬剛　李淑萍　馬宏圖　杜量

摘要：小型飛機輪胎和機輪的規格一般與飛機重量相關，在進行輪胎選型時可參考GB/T 9746航空輪胎系列或者參考輪胎和機輪制造商提供的產品手冊。為進行小型飛機輪胎和機輪的選型，文章分析適航規定CCAR-23-R3中對飛機輪胎和機輪的性能要求，給出對應的性能標準，提出可用于小型飛機的輪胎和機輪的選型方法。

關鍵詞：小型飛機；適航條件；輪胎；機輪；選型方法 文獻標識碼：A

中圖分類號：V226 文章編號：1009-2374（2016）19-0012-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.006

安裝于飛機起落架的輪胎和機輪，起到對飛機的支撐、轉向，降落時吸收能量等功能。適航是為保障飛機安全而制定，在民用飛機設計中必須遵守。文章以《正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規定》（CCAR-23-R3）（下文簡稱CCAR23）中規定的性能要求，對符合CCAR23的小型飛機輪胎和機輪的選型方法進行研究。文中飛機假定為常規布局，前三點式起落架，每個起落架一套輪胎和機輪。

1 輪胎和機輪介紹

小型飛機輪胎和機輪的規格一般跟飛機重量相關，在進行輪胎選型時可參考GB/T 9746航空輪胎系列或者參考輪胎和機輪制造商提供的產品手冊。

1.1 輪胎

小型飛機輪胎分為有內胎航空輪胎和無內胎航空輪胎，無內胎航空輪胎更安全，拆裝方便、運營成本低。同樣尺寸的航空輪胎承載能力與輪胎層級相關。航空輪胎的尺寸表示方法為：輪胎的外直徑×輪胎的斷面寬度-輪輞著合直徑。

1.2 機輪和剎車

小型飛機機輪材料主要有鍛鋁合金和鑄鎂合金。與鑄鎂合金機輪相比，鍛鋁合金機輪抗疲勞性好、耐腐蝕性好，但重量較重。航空機輪的尺寸表示方法為：機輪輪輞寬度×機輪輪輞直徑。

主起落架機輪安裝有剎車。剎車是主起機輪的配套產品。輪胎以及剎車的剎車片為耗材。

2 適航規定的性能要求

CCAR23對飛機輪胎、機輪、剎車的性能要求，有主輪胎、前輪胎的靜態額定載荷，前輪胎的動態額定載荷，機輪的最大靜載荷額定值，最大限制載荷額定值，剎車的剎車能量。這些性能要求可通過CCAR23提供的分析計算方法，結合飛機本身的參數求得。

2.1 輪胎載荷要求

CCAR2323.733（a）（1）要求輪胎靜態額定載荷不應小于飛機最大重量時輪胎受到的地面的靜反作用力。通過靜力學原理，得到單個主輪胎地面靜反作用力Fm1=（a1W）/d/2，其中a1為前輪胎與重心后限的距離，W為飛機最大設計重量，D為前主輪距。前輪胎地面靜反作用力Fa2=（b2W）/d，其中b2為重心前限與主輪胎的距離。

前輪胎受到的動態載荷是飛機剎車時產生的。根據23.733（a）（2），得到計算動態載荷時飛機狀態如圖1所示，按此狀態通過靜力學原理得到前輪胎的地面靜反作用力F3=（0.31h+b2）W/，前輪胎的動態額定載荷應大于該值。

2.2 機輪載荷要求

CCAR23 23.731（a）要求的機輪的最大靜載荷額定值，與2.1節的輪胎靜態額定載荷的計算方法相同。23.731（b）要求機輪最大限制載荷額定值，應不小于通過飛機地面載荷確定的機輪的最大徑向限制載荷。這里的地面載荷是作用在飛機結構上的外載荷和慣性力。CCAR23提供了幾種飛機典型著陸情況下起落架地面載荷的分析方法與計算公式，再通過對比確定出機輪的最大徑向限制載荷。

CCAR23 23.479、23.481、附件C提供的地面載荷計算公式列于表1中第1、3、5項，而對于23.479（c）及其對應的附件D，用保守方法得到的阻力方向載荷列于表1中第2、4項。通過CCAR2323.483、23.485、23.493、23.499的陳述可求得其余地面載荷，分別列于第6、7、8、9項中。式中V為豎直方向載荷，D為阻力方向載荷，n為用于設計的限制慣性載荷系數，n≥2.67，L為假定的機翼升力與飛機重力之比，L≤0.667。系數K是W的函數，0.25≤K≤0.33。飛機有斜反力的水平著陸情況的受力情況下機輪及重心位置關系如圖2所示，根據附件C有a′/d′=（a-Kh）/d，b′/d′=（b+Kh）/d，a為前輪與重心距離，b為重心與后輪距離。

飛機降落時機輪徑向載荷為豎直方向載荷與阻力方向的載荷的合力，機輪徑向載荷。保守分析，假定著陸時均無升力，有L=0。根據表1中各式參數的取值范圍，通過比較法比較每種荷情況機輪徑向載荷大小。得到單個主起機輪最大徑向限制載荷，前起機最大徑向限制載荷

1.28nW（b+Kh）/d。

2.3 剎車動能

CCAR23 23.735對剎車動能吸收的要求，可直接按其提供的公式計算KE=（0.0135WV2）/N。KE為每個機輪的動能，V為飛機速度，N為裝有剎車的主輪個數。

3 其他性能要求

飛機的輪胎和機輪的性能還須滿足其本身和飛機的一些基本要求。對于輪胎，其額定速度不能小于飛機的最大起飛著陸速度。輪胎的輪輞折合直徑與機輪輪輞直徑應匹配。若使用無內胎航空輪胎，則須選擇支持無內胎輪胎的機輪。對于機輪，雖然CCAR23沒有提出對于機輪側向載荷能力的要求，但是其地面載荷給出了側向載荷（向內、向外方向），有的機輪制造商能提供一些型號的機輪的側向載荷參數，若能滿足地面載荷中的側向載荷，會增加所選用機輪的安全性。

4 結語

本文提出了一種小型飛機的輪胎和機輪的選型方法，該方法通過文中的輪胎和機輪的性能標準，通過代入飛機的基本參數，對比相應的產品參數，能便捷地選取符合適航規定CCAR23條款的小型飛機的輪胎和機輪。

參考文獻

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[2]中國國家標準化管理委員會.航空輪胎系列（GB/T

9746-2013）[S].北京：中國標準出版社，2013.

[3]彭三林，岳開憲.航空機輪剎車技術的發展趨勢[J].

航空科學技術，1990，（4）.

作者簡介：馬剛（1983-），男，遼寧沈陽人，供職于遼寧通用航空研究院，研究方向：通用飛機結構設計。

（責任編輯：黃銀芳）