民用飛機輪胎爆破試驗介紹和能量分析

滕佶

摘 要：飛機輪胎爆破具有能量大，破壞性高，事發突然，無可預見性，而飛機艙內設備和管路較多，被爆破能量損壞關鍵設備后飛機可能發生失控甚至發生機毀人亡的災難性事故，所以輪胎爆破是民用飛機設計中必須考慮的環節。文章通過爆破試驗的方法對輪胎爆破能量進行分析，對輪艙內設備防護具有指導性意義。

關鍵字：試驗；爆破；輪胎

中圖分類號：V267 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）12-0066-02

Abstract： Aircraft tire blasting has the characteristics of large energy， high destructibility， sudden and unpredictable accidents， and there are more equipment and pipelines in the cabin of the aircraft. After being damaged by the blasting energy， the aircraft may lose control or even cause a catastrophic accident of aircraft destruction and death. So the tire blasting is the link that must be considered in the civil aircraft design. In this paper， the blasting energy of tire is analyzed by blasting test method， which is of guiding significance to the protection of wheel cabin equipment.

Keywords： test； blasting； tyre

1 概述

民用飛機輪胎是飛機的關鍵部件，它是飛機起飛、著陸和滑行時飛機與地面接觸的唯一接口。由于飛機的具有速度快、重量大、地面工況復雜等特點，飛機輪胎充氣壓力比汽車輪胎高8-10倍左右，所以一旦發生爆破，破壞力巨大。為獲得可靠的輪胎爆破沖擊壓力數據，通過選取某一典型輪胎進行試驗的方法，測量爆破沖擊噴流壓強，分析輪胎爆破后壓力分布。

2 試驗目的

該輪胎爆破能量試驗目的在于提供計算校核艙內設備與防護罩強度所必須的能量沖擊載荷分布數據，為驗證飛機起落架艙內與周圍零件符合中國民用航空規章CCAR25.729（f）條款所規定的艙內防護提供理論依據[1]。

3 試驗方案描述

3.1 試驗件

本試驗件輪胎型號為H40x14.0-19 20層級。

3.2 試驗設備描述

需要用到的試驗設備有試驗臺架1個、機輪假件1個、爆破壓力傳感器15個、高速攝影機1臺以及引爆輪胎用到的加熱電阻絲。為獲得輪胎爆破沖擊力在最嚴酷爆破平面內分布關系，試驗設備的布置圖如圖1、2所示。

假定輪胎爆破形式為對稱形式，只需將傳感器布置在輪胎對稱平面的一側。傳感器分別在0°、17°、35°、52°和70°方向布置。為防止前后傳感器數據互相干擾，前后傳感器間距因保證0.5m。

3.3 試驗方案

輪胎爆破試驗共引爆了5條輪胎，每條輪胎的引爆方式相同，首先是通過打磨輪胎至一定厚度，然后通過電阻絲加熱破壞輪胎簾布層的方式引爆輪胎，具體見圖3所示。隨后按照圖2布置的傳感器搜集在各方向上的輪胎爆破沖擊壓力隨時間變化的響應。

3.4 試驗前準備

由于輪胎爆破時會伴隨著高溫狀態，在高溫情況下輪胎充氣壓力會升高，假設最高的溫度為輪轂熱熔塞溫度199℃，此事等效的輪胎充氣壓力為250psi。將輪胎打磨至一定厚度，給輪胎打磨的中心部位安裝熱電阻絲，并安裝好高速攝影機。

4 爆破過程及數據采集

根據3.3節所述，通過加熱電阻絲引爆5條輪胎，并按照圖2布置的傳感器搜集輪胎爆破過程中不同點的氣壓隨時間的響應，用于計算分析輪胎爆破壓力的分布關系。如圖4所示為某條輪胎爆破過程中快速攝像機捕捉的照片。

5 試驗數據分析

根據輪胎爆破試驗傳感器記錄的爆破壓力得出的某次爆破壓力響應曲線見圖5所示。

由于試驗提供的壓力為動態壓力，為方便計算需要將動態壓力轉化為等效靜態壓力。等效靜態壓力計算方法是將動態壓力曲線與時間軸包圍的面積除以經歷的時間關系所得出的平均壓力值。初步估計輪胎爆破持續時間為△t=10ms，初始時間為爆破壓力達到輪胎初始充氣壓力的5%。

等效靜態壓力值為：

其中：PE：等效靜態壓力；P（t）：隨時間變化的動態壓力值。

根據計算得出的各個傳感器上的等效靜態壓力結果，發現最嚴酷的輪胎爆破壓力方向在0°至17°之間都可能發生，可見圖6為試驗傳感器上的等效靜態壓力分布圖，其中在同等距離情況下最大等效靜態壓力在0°、17°上，所以得出結論是等效靜態壓力分布在0°至17°之間與角度無關。

綜合以上試驗分析數據得出在爆破平面內任意一點的等效靜態壓力擬合后計算公式為：

（2）

當0？燮？琢？燮17°：f（？琢）=0.0419；

17°<？琢？燮70°：f（？琢）=9.91×10-4×？琢+7.215+10-3；

其中：PE：等效靜態壓力，單位psi；x：與輪胎爆破位置間距，單位in；？琢：與輪胎對稱面的夾角，單位°。

如圖7所示為等效靜態壓力分布云圖。

6 結束語

因民用飛機對安全性要求較高，輪胎爆破時不可忽略的一塊，而國內航空領域缺乏對輪胎爆破的經驗。本文介紹了輪胎爆破試驗的意義并介紹了一種典型飛機輪胎爆破試驗方法并對試驗數據進行了分析，可為相似機型的輪胎爆破提供參考。

參考文獻：

[1]中國民用航空局.運輸類飛機適航標準第25部（第三版）[S].中國民用航空規章，2001，05.