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湿滑跑道飞机着陆轮胎-水膜-道面相互作用

蔡靖 李岳 宗一鸣 王永繁

蔡靖, 李岳, 宗一鸣, 等 . 湿滑跑道飞机着陆轮胎-水膜-道面相互作用[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(12): 2382-2391. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0839
引用本文: 蔡靖, 李岳, 宗一鸣, 等 . 湿滑跑道飞机着陆轮胎-水膜-道面相互作用[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(12): 2382-2391. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0839
CAI Jing, LI Yue, ZONG Yiming, et al. Aircraft tire-water film-pavement interaction on wet pavement in landing[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(12): 2382-2391. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0839(in Chinese)
Citation: CAI Jing, LI Yue, ZONG Yiming, et al. Aircraft tire-water film-pavement interaction on wet pavement in landing[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(12): 2382-2391. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0839(in Chinese)

湿滑跑道飞机着陆轮胎-水膜-道面相互作用

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0839
基金项目: 

国家自然科学基金 51508559

中央高校基本科研业务专项资金 3122014C013

天津市科技支撑计划重点项目 14ZCZDGX00001

中国民航大学机场工程科研基地开放基金 KFJJ2017JCGC03

详细信息
    作者简介:

    蔡靖 女, 博士, 副教授。主要研究方向:机场道面结构性能及其监测技术

    通讯作者:

    蔡靖, E-mail: caijing75@163.com

  • 中图分类号: U463.341

Aircraft tire-water film-pavement interaction on wet pavement in landing

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51508559

the Fundamental Research Funds for the Central Universities 3122014C013

Science and Technology Based Support Major Project of Tianjin 14ZCZDGX00001

Airport Engineering Research Base Open Fund KFJJ2017JCGC03

More Information
  • 摘要:

    基于飞机在湿滑跑道着陆时轮胎-水膜-道面相互作用流体力学平衡,得到道面积水水膜厚度、飞机行驶速度和轮胎花纹沟槽深度为动水压强的主要影响因素。以波音737-800的主轮胎为主要研究对象,建立轮胎-水膜-道面相互作用三维模型,基于Fluent软件建立三者相互作用有限元分析模型,采用流体体积函数(VOF)法获得轮胎迎水面水流分布情况和平均动水压强,利用上述有限元模型对动水压强影响因素进行规律性分析,得出动水压强的显著影响因素为道面积水水膜厚度和飞机行驶速度,动水压强与水膜厚度及行驶速度呈正相关,水膜厚度大于3 mm时水膜产生的动水压强增长较快,等于12 mm时动水压强达到并超过胎压(1.47 MPa),存在滑水风险。行驶速度小于100 km/h时,动水压强值小于胎压,不存在滑水风险。基于上述分析结果建立动水压强与水膜厚度、行驶速度和轮胎花纹沟槽深度之间的相关关系式,考虑着陆升力的影响,获得不同降雨条件下波音737-800临界滑水速度及着陆距离延长值,为飞机着陆安全行驶提供重要理论依据。

     

  • 图 1  轮胎-水膜-道面相互作用图

    Figure 1.  Diagram of tire-water film-pavement interaction

    图 2  单元体受力分析

    Figure 2.  Force analysis of infinitesimal body

    图 3  轮胎-水膜-道面相互作用三维模型

    Figure 3.  3D model of tire-water film-pavement interaction

    图 4  三维有限元分析模型

    Figure 4.  3D finite element analysis model

    图 5  轮胎迎水面中心线最大动水压强变化

    Figure 5.  Variation of maximum hydrodynamic pressure on center line of tire upstream face

    图 6  中度磨损轮胎迎水面动水压强分布

    Figure 6.  Hydrodynamic pressure distribution on upstream face of moderate abrasion tire

    图 7  轮胎迎水面平均动水压强与水膜厚度的关系

    Figure 7.  Relationship between average hydrodynamic pressure on tire upstream face and water film thickness

    图 8  不同行驶速度下三维流场气液两相分布

    Figure 8.  Gas-liquid two-phase distribution in 3D flow field at different taxiing velocities

    图 9  轮胎迎水面平均动水压强与行驶速度的关系

    Figure 9.  Relationship between average hydrodynamic pressure and tire upstream face at different taxiing velocities

    图 10  不同时刻流场气液两相分布

    Figure 10.  Gas-liquid two-phase distribution in flow field at different moments

    图 11  轮胎迎水面平均动水压强与沟槽深度的关系

    Figure 11.  Relationship between average hydrodynamic pressure of tire upstream face and tire tread depth

    图 12  飞机着陆减速过程示意图

    Figure 12.  Schematic diagram of deceleration process in aircraft landing

    表  1  H44.5 16.5-21轮胎构造参数

    Table  1.   H44.5 16.5-21 tire formation parameters

    参数 数值
    胎冠宽/mm 319
    胎面宽/mm 399
    内径/mm 1 105
    外径/mm 1 130
    沟槽数量/条 4
    沟槽宽度/mm 10
    沟槽深度/mm 8
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    表  2  Fluent模型参数

    Table  2.   Fluent model parameters

    参数 数值
    空气密度/(kg·m-3) 1.23
    水密度/(kg·m-3) 1 000
    空气动力黏度/(10-5kg·(m·s)-1) 1.79
    水动力黏度/(10-3kg·(m·s)-1) 1.0
    温度/℃ 25
    轮胎胎压/MPa 1.47
    单轮轴载/kN 152
    轮胎接地长度/mm 465
    轮胎接地宽度/mm 410
    轮胎竖向变形量/mm 50
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    表  3  不同降雨等级下水膜厚度

    Table  3.   Water film thickness at different rainfall intensities   mm

    降雨等级 小雨 中雨 大雨 暴雨 大暴雨
    水膜厚度 1 2 3 7 13
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    表  4  不同降雨等级下临界滑水速度

    Table  4.   Critical hydroplaning velocity at different rainfall intensities

    降雨等级 临界滑水速度/(km·h-1)
    中度磨损轮胎 新轮胎
    小雨 229 232
    中雨 223 226
    大雨 217 221
    暴雨 211 218
    大暴雨 209 210
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    表  5  不同着陆速度条件下飞机的着陆距离延长值

    Table  5.   Length increment of aircraft braking distance at different landing velocities

    降雨等级 着陆距离延长值/m
    新轮胎着陆速度/(km·h-1) 中度磨损轮胎着陆速度/(km·h-1)
    240 235 230 240 235 230
    小雨 159 138 167 147 130
    中雨 176 156 138 185 165 148
    大雨 190 171 152 202 182 165
    暴雨 199 179 161 218 198 182
    大暴雨 221 201 183 224 204 187
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-01
  • 录用日期:  2016-12-16
  • 刊出日期:  2017-12-20

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