民用飞机轮胎爆破试验介绍和能量分析

滕佶

摘 要：飞机轮胎爆破具有能量大，破坏性高，事发突然，无可预见性，而飞机舱内设备和管路较多，被爆破能量损坏关键设备后飞机可能发生失控甚至发生机毁人亡的灾难性事故，所以轮胎爆破是民用飞机设计中必须考虑的环节。文章通过爆破试验的方法对轮胎爆破能量进行分析，对轮舱内设备防护具有指导性意义。

关键字：试验；爆破；轮胎

中图分类号：V267 文献标志码：A 文章编号：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

民用飞机轮胎是飞机的关键部件，它是飞机起飞、着陆和滑行时飞机与地面接触的唯一接口。由于飞机的具有速度快、重量大、地面工况复杂等特点，飞机轮胎充气压力比汽车轮胎高8-10倍左右，所以一旦发生爆破，破坏力巨大。为获得可靠的轮胎爆破冲击压力数据，通过选取某一典型轮胎进行试验的方法，测量爆破冲击喷流压强，分析轮胎爆破后压力分布。

2 试验目的

该轮胎爆破能量试验目的在于提供计算校核舱内设备与防护罩强度所必须的能量冲击载荷分布数据，为验证飞机起落架舱内与周围零件符合中国民用航空规章CCAR25.729（f）条款所规定的舱内防护提供理论依据[1]。

3 试验方案描述

3.1 试验件

本试验件轮胎型号为H40x14.0-19 20层级。

3.2 试验设备描述

需要用到的试验设备有试验台架1个、机轮假件1个、爆破压力传感器15个、高速摄影机1台以及引爆轮胎用到的加热电阻丝。为获得轮胎爆破冲击力在最严酷爆破平面内分布关系，试验设备的布置图如图1、2所示。

假定轮胎爆破形式为对称形式，只需将传感器布置在轮胎对称平面的一侧。传感器分别在0°、17°、35°、52°和70°方向布置。为防止前后传感器数据互相干扰，前后传感器间距因保证0.5m。

3.3 试验方案

轮胎爆破试验共引爆了5条轮胎，每条轮胎的引爆方式相同，首先是通过打磨轮胎至一定厚度，然后通过电阻丝加热破坏轮胎帘布层的方式引爆轮胎，具体见图3所示。随后按照图2布置的传感器搜集在各方向上的轮胎爆破冲击压力随时间变化的响应。

3.4 试验前准备

由于轮胎爆破时会伴随着高温状态，在高温情况下轮胎充气压力会升高，假设最高的温度为轮毂热熔塞温度199℃，此事等效的轮胎充气压力为250psi。将轮胎打磨至一定厚度，给轮胎打磨的中心部位安装热电阻丝，并安装好高速摄影机。

4 爆破过程及数据采集

根据3.3节所述，通过加热电阻丝引爆5条轮胎，并按照图2布置的传感器搜集轮胎爆破过程中不同点的气压随时间的响应，用于计算分析轮胎爆破压力的分布关系。如图4所示为某条轮胎爆破过程中快速摄像机捕捉的照片。

5 试验数据分析

根据轮胎爆破试验传感器记录的爆破压力得出的某次爆破压力响应曲线见图5所示。

由于试验提供的压力为动态压力，为方便计算需要将动态压力转化为等效静态压力。等效静态压力计算方法是将动态压力曲线与时间轴包围的面积除以经历的时间关系所得出的平均压力值。初步估计轮胎爆破持续时间为△t=10ms，初始时间为爆破压力达到轮胎初始充气压力的5%。

等效静态压力值为：

其中：PE：等效静态压力；P（t）：随时间变化的动态压力值。

根据计算得出的各个传感器上的等效静态压力结果，发现最严酷的轮胎爆破压力方向在0°至17°之间都可能发生，可见图6为试验传感器上的等效静态压力分布图，其中在同等距离情况下最大等效静态压力在0°、17°上，所以得出结论是等效静态压力分布在0°至17°之间与角度无关。

综合以上试验分析数据得出在爆破平面内任意一点的等效静态压力拟合后计算公式为：

（2）

当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：等效静态压力，单位psi；x：与轮胎爆破位置间距，单位in；？琢：与轮胎对称面的夹角，单位°。

如图7所示为等效静态压力分布云图。

6 结束语

因民用飞机对安全性要求较高，轮胎爆破时不可忽略的一块，而国内航空领域缺乏对轮胎爆破的经验。本文介绍了轮胎爆破试验的意义并介绍了一种典型飞机轮胎爆破试验方法并对试验数据进行了分析，可为相似机型的轮胎爆破提供参考。

參考文献：

[1]中国民用航空局.运输类飞机适航标准第25部（第三版）[S].中国民用航空规章，2001，05.