冰雪条件下机场跑道摩擦系数建模与仿真研究

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1、第28卷第2期2010年4月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAV01．28No．2April2010冰雪条件下机场跑道摩擦系数建模与仿真研究王丙元，马玉玲，于之靖，王立文(中国民航大学民航特种设备研究基地，天津300300)摘要：机场跑道摩擦系数是评价机场跑道道面质量的重要参数。在考虑冬季跑道道面压实雪厚度和摩擦热形成的润滑水膜作用下建立了冰雪道面半融状态摩擦系数计算模型。使用Matlab数值仿真软件对所建模型进行了仿真。数值仿真结果表明，摩擦系

2、数模型建模合理，摩擦系数计算数据与实测数据比较吻合。对摩擦系数的测试实践有一定的理论指导意义。关键词：摩擦系数；冰雪道面；机场跑道中图分类号：U46l文献标识码：A文章编号：1674—5590(2010)02—0032埘ModelingandSimulationonFrictionCoefficientofAirportRunwaywithSnowandIceSurfaceWANGBing-yuan，MAYu-ling，YUZhi-jing，WANGli-wen(AirportGroundSpecialE

3、quipmenuResearchBase，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：Thefrictioncoefficientofrunwayonsnowandicesurfacepartiallymeltedisthekeyquality．Theoreticalcalculationmodeloffrictionalcoefficientisdevelopedinwhichthethicknessofcompactedsnowandthelengthofwaterfilmfo

4、rmedbyfrictionheatwereadded，andthefrictioncoefficientmodelWaSsimulatedwithMaflabsoftware．Thesimulationresultismoreclosetotlleactualtesteddata．Themodelisreasonableandusefulforthemeasurementrunwayfrictioncoefficientonsnowandicesurface．Keywords：frictioncoeff

5、icient；snowandicerunwaysurface；airportrunway机场跑道摩擦系数是评价机场跑道道面质量的重要参数，足够大的摩擦系数是飞机操纵和起降安全的重要保障，冰雪天气下更是如此。近年来，有关冰雪路面轮胎摩擦特性的研究已成为国外研究的热点，冰雪条件下机场跑道摩擦系数的精确测试得到国际上的极大关注和深入研究㈣。国内关于机场跑道在冰雪条件下的摩擦系数测试研究刚刚起步，目前尚未见相关研究结果发表。一系列研究表明，冰雪道面低摩擦力与界面冰雪融化形成良好润滑作用的薄层水膜有关，融化主要由摩

6、擦热引起而不是压力融化。冰雪摩擦机理主要表现为摩擦副表面微突体间产生的粘着、冰和硬雪颗粒对滑动材料的犁削以及流体剪切。机场跑道运营实践表明飞机轮胎摩擦热导致的薄层水膜以及冰雪路面中压实雪厚度均对跑道的摩擦系数有着重要影响fl卅。本文试图在考虑压实雪厚度和摩擦热形成的润滑水膜作用下建立冰雪道面半融状态摩擦系数测试模型，从而为摩擦系数的测试实践提供理论依据和参考。1冰雪道面机场跑道摩擦系数测量模型跑道上的雪分为松散雪和压实雪(冰雪)。松散雪会迅速被轮胎冲散开，一定厚度的压实雪则会对轮胎产生阻力。在较高的行驶速

7、度下，摩擦生热导致冰雪的融化产生水膜，形成水膜的粘滞阻力。故接触面的前部和后部一般处于不同的状态，接触面的前部实际上为固体间的摩擦，轮胎与冰雪接触表面的前部是粘着区，接触面后部因摩擦生热融化生成水膜形成滑移区。为简化模型作如下假设【3’斓：1)轮胎同跑道接触面为长Z、宽W的矩形。2)忽略轮胎表面花纹和摩擦副表面粗糙度影响。3)胎面和冰雪接触面为刚体。忽略压力融化的影收稿Et期：2009—10-15；修回日期：2009—12—13基金项目：国家自然科学基金项目(60672177)；中国民航大学科研基金项目(

8、BJ63028)作者简介：王丙元(1968一)，男，辽宁朝阳人，副教授，博士，研究方向为计算机测控技术．第28卷第2期王丙元，马玉玲，于之靖，等：冰雪条件下机场跑道摩擦系数建模与仿真研究33响，仅考虑冰雪接地面因摩擦生热融化生成的水膜厚度影响且水膜厚度不变，保持常值。水膜与压实的冰雪表面共同承担全部负荷。4)推导过程仅考虑纵向滑移比A，忽略横向滑移影响。5)滑移比定义为A=V。／y。K为滑移速度，y为轮胎行驶速度。6)从运营实