重型飞机对机场道面影响的计算.doc

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1、重型飞机对机场道面影响的计算1问题的提出在今后的十年中，新式双层大型飞机的问世是不可避免的，它促使机场规划设计人员认真研究这类飞机对原有机场空间上的影响，至少应把注意力放在这类飞机对跑道道面和停机坪道面垂直方向的影响上。对新一代飞机来讲，为上一代飞机而设计的老道面可能显得特别薄弱，需要有进行长期、特殊翻修的研究;目前的道面设计方法可能不再是满足未来飞机使用要求的设计方法。然而，这些间题不能仅仅局限于未来的重型飞机。历史上，飞机重量一直保持持续增长的势头，但是在最近几年，由于空中交通客流量的增大，

2、使得在许多航线上运营的飞机的重量急剧增大。波音737—300、—400和空中客车A310、A320比波音737一100、一200、BAel一11等飞机重得多。波音757、767飞机占领了以前波音737飞机运营的航线。现在波音777飞机将投入以前由较小飞机运营的航线。飞机的单机重量也在增长，如，1968年波音747一100型飞机的重量为323400kg，而目前波音747一400型飞机的最大重量为396956kg，增长了22%。所有这些变化对机场道面特别是那些10一15年前设计的为上一代飞机使用的机

3、场的寿命有影响。2道面的破坏及维护道面的破坏有一个持续的过程，在飞机荷载、轮胎和气候条件的作用下，道面发生的结构破坏将最终导致道面表面发生破坏(道面断裂或出现车辙)，为了保证飞机安全，需要进行局部的翻修，通常采用是局部修补的方式。但是，长期的局部翻修策略将带来很大浪费。这种浪费不仅是人力上和物力上的，而且包括由于道面铺筑带来飞机停航的损失和由于局部翻修不及时而使飞机面临损坏的危险。这种浪费最终将超过全部翻修的费用，全部翻修通常采用水泥混凝土和沥青混凝土罩面的方式。但何时实施全部翻修的决策通常是一

4、个困难的问题，一旦实施这种决策就应使道面在整个使用期内的使用维护费用减至最少。对加铺层所覆盖的原道面的结构破坏情况须进行研究。如果原道面破坏严重，那么加厚层厚度会不必要地增大，造价提高。选择加铺层的方案应考虑道面的现状和在给定末来飞机荷载的条件下道面破坏的比率，同时应考虑近期和未来飞机发展的变化，较重的飞机将对道面破坏的比率影响大。3、重型飞机对道面的影响飞机对道面的破坏效果不是仅仅与飞机的重量有关系，飞机起落架的设计有着重要的影响。但是对于一个相同的起落架来说，荷载越大，对道面的破坏越大。作为

5、一条非常近似的经验，道面破坏增大量与荷载的4次方成正比。由于飞机重量增大而引起的道面破坏远远超过了由于同一种飞机使用机场频率的增大而引起的道面破坏。飞机重量增大的影响可能通过改变飞机起落架的设计来减轻，增加机轮数量和加大机轮间距可以扩散荷载，降低道面结构和基层中的应力。随着60年代和70年代宽体飞机(波音747、DC一10、L一1011)的问世，飞机的轮距比上一代飞机(波音707、DC一3、vC一10)有了明显的增大，在以后的飞机如波音一757、一767、空中客车A300的设计中，沿用了这种增大

6、的几何尺寸。虽然增加飞机主起落架机轮的数量有助于扩散荷载，但是荷载降低的程度并不直接与飞机机轮的数量成比例，因为道面表面承受的最大荷载是主起落架单个轮子分担的荷载。随着道面深度的增加，由每个单轮产生的应力场将出现叠加的现象，道面的应力状态相当于一个很大的单轮荷载单独作用，这个单轮荷载比起落架中一个单轮荷载要大得多。当量单轮荷载(ESWL)的概念常用来模拟机轮之间应力相互叠加的效果，当量单轮荷载(ESWL)的含义是一个单轮荷载作用在道面上在道面一定深度产生应力状态与实际的主起落架作用相同。由于应力

7、的叠加随深度增大，当量单轮荷载的值也随深度增大，图1和图2分别描述了荷载叠加和当量单轮荷载随深度和主起落架轮数增大而增大的规律，其中每个轮上作用相同的荷载。4道面设计原理道面设计的基本原理，是道面厚度应满足在飞机荷载的作用下道面的应力和应变等于道面的允许应力和应变的要求。这种原理好像很简单，但实际上道面设计是众多工程问题中最为复杂的问题。常用的道面设计方法，如《机场道面设计与评价(FAA，1978)》、(机场道面设计与评价指南(PSA，1989))等，都按目前飞机进行了很好的标定，特别是通过了1

8、970年由美国陆军工程师兵团承担的非常重要的道面多轮起落架重载测试。但是用来推导道面设计方法的数据，并不包括波音777飞机和未来飞机更为复杂的起落架荷载，这些数据能否很好地描述未来飞机的情况目前还不清楚。特殊地，在有些道面结构如柔性道面中用目前的方法处理多轮荷载的叠加问题，可能过大地估计了多轮荷载对道面的破坏效果。其结果将导致道面设计过于保守，或对原道面提出加强的建议，但这种保守主义将造成浪费。它也会使重型飞机道面设计的成功方案的实施受到限制，实际上飞机对原道面来说可能不会超载。5飞机/道面分级