飛機輪胎爆破模型初步研究

倉馥芝（上海飛機設(shè)計研究院，上海，201210）

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飛機輪胎爆破模型初步研究

倉馥芝
（上海飛機設(shè)計研究院，上海，201210）

輪胎爆破是在航空事故中常見的一種現(xiàn)象，嚴重影響飛機的運行安全，因此需要對飛機輪胎爆破進行適航認證。飛機輪胎失效模式有多種，原因復(fù)雜。本文分析了輪胎爆破的適航審定基礎(chǔ)，并對輪胎失效的危害模式進行了初步研究。

輪胎爆破；適航；模型

0　引言

航空輪胎作為飛機和地面之間作用力的傳遞部件，需要承受飛機起降過程中的巨大沖擊，最容易發(fā)生爆破。輪胎爆破產(chǎn)生的強大氣流或者碎片可能打壞機翼、起落架等重要部件，嚴重影響飛機運行安全。B737和圖-154等飛機都曾發(fā)生過因輪胎爆破導(dǎo)致嚴重事故的案例。

輪胎爆破是飛機適航驗證必須考慮的一種特定風險，無論輪胎爆破發(fā)生的概率如何，均應(yīng)保證飛機的飛行安全。飛機輪胎失效模式是開展輪胎爆破適航驗證工作的前提。2002年， JAA（美國聯(lián)邦航空局）發(fā)布了《JAA Temporary Guidance Material，TGM/25/8（issue 2） Wheel And Tire Failure Model》，這是第一份輪胎爆破適航指導(dǎo)材料。2013年，EASA（歐洲航空安全局）發(fā)布了修正案NPA 2013-02《Notice of Proposed Amendment》。上述兩份文件是目前僅有的輪胎爆破適航驗證指導(dǎo)材料。本文基于這兩份文件，分析和研究了輪胎爆破的適航審定基礎(chǔ)和輪胎爆破模式。

1　輪胎爆破的適航審定基礎(chǔ)

1.1輪胎爆破定義

FAA修正案25-78中描述，“輪胎爆破是突然的、有時是猛烈的，壓力來自輪胎內(nèi)部，通常與胎內(nèi)裂縫、外來物體損壞或者輪胎過熱/過載有關(guān)。FAA認為，輪胎爆破是在飛機輪胎處于惡劣運行化境下偶然發(fā)生的，而實際上某些輪胎損傷可能在輪胎破壞前一直未被發(fā)現(xiàn)。有鑒于此，安裝在輪艙內(nèi)的設(shè)備在合格審定時應(yīng)評定其承受輪胎爆破影響的能力。要通過分析和試驗室試驗來確定關(guān)鍵區(qū)域，而且經(jīng)常要進行設(shè)計更改以保證單個輪胎爆破不會使關(guān)鍵功能喪失?！?/p>

1.2相關(guān)的適航規(guī)章要求

目前開展民機安全性工作，總的適航條款要求為CCAR（FAR/JAR）25.1309，與輪胎爆破相關(guān)的條款有25.729（f）和25.963（e）（1）。

條款25.729（f）的標題是“輪艙內(nèi)設(shè)備的保護”，相關(guān)要求為“位于輪艙內(nèi)且對于飛機安全運行必不可少的設(shè)備必須加以保護，使之不會因下列情況而損傷：（1） 輪胎爆破（除非表明輪胎不會因過熱而爆破）；（2） 輪胎胎面松弛（除非表明由此不會引起損傷）。”

條款25.963（e）（1）的標題是“燃油箱總則”，相關(guān)要求為“油箱口蓋必須滿足下述準則，以防止燃油的流失量達到危險程度：位于經(jīng)驗或分析表明很可能遭受撞擊的區(qū)域內(nèi)的所有口蓋，必須通過分析或試驗表明，其遭受輪胎碎塊、低能量發(fā)動機碎片或其它可能的碎片打穿或造成變形的程度已降至最低?！?/p>

1.3適航驗證指導(dǎo)文件

JAA在2002年發(fā)布了TGM/25/8，這是第一份輪胎爆破適航驗證指導(dǎo)文件，其中定義了六種爆破模式，分別為：a） 輪胎爆破-起落架放下；b） 輪胎爆破-起落架收上；c） 胎面脫落-起落架放下；d） 胎面脫落-起落架收上或收起中；e） 輪緣脫落-起落架放下；f） 輪緣脫落-起落架收上。

EASA在2013年發(fā)布了NPA 2013-02，在AMC25.734中更新了飛機輪胎爆破模式，分別為：a） 輪胎碎片模式；b） 爆胎空氣噴流壓力效應(yīng)；c） 甩胎模式；d） 輪緣碎片模式。

2　輪胎爆破模式

無論是JAA TGM/25/8，還是NPA 2013-02，其所定義的輪胎爆破破壞形式都可以分為輪胎碎片、高壓氣體沖擊波、甩胎、輪緣碎片四種。

2.1輪胎碎片

當輪胎與地面接觸時，可能會發(fā)生輪胎爆破，從而拋射出輪胎碎片。在機輪平面內(nèi)，輪胎碎片向后可拋射至與地面成一定角度的向后切面，向前則平行于水平地面，同時假定在這段圓弧內(nèi)被輪胎碎片擊中的幾率是均勻的。此外，輪胎碎片在任意一側(cè)向上可拋射至與機輪平臺成一定角度的區(qū)域。

一個部件被輪胎碎片擊中的概率，取決于其相對于輪胎所處的位置和輪胎碎片拋射的區(qū)域范圍。

2.2高壓氣體沖擊波

當起落架收起后，飛機在正常飛行過程中仍然有一定的可能性出現(xiàn)爆胎。這是由于輪胎先前就已經(jīng)存在的損傷而導(dǎo)致的。輪胎外露表面的任何一個地方都有可能發(fā)生這種模式的爆胎。該模式僅僅關(guān)注高壓氣體沖擊波的壓力效應(yīng)，不考慮輪胎爆破拋射出的碎片。

2.3甩胎

甩胎模式分為起落架放下和起落架收起兩種情形。當起落架放下時，考慮一端附著的脫落胎帶與機輪一起旋轉(zhuǎn).脫落胎帶沿與胎面直徑相切的直線方向伸展。當起落架收起時，甩胎的情況與起落架放下時的情形一樣，但由于起飛后機輪的轉(zhuǎn)速降低，在機輪進入輪艙的時候轉(zhuǎn)速可能會較低或者為零。

2.4輪緣碎片模式

按照JAA TGM/25/8，輪緣碎片模式分為起落架放下和起落架收上兩種情況。對于起落架放下狀態(tài)，輪緣碎片在整個 360°的圓周范圍內(nèi)均可能產(chǎn)生，拋射方向沿機輪軸向在整個0°至20°的范圍。對于起落架收上狀態(tài)，整個輪緣沿近似平行于機輪軸線方向脫落。

按照 NPA 2013-02，輪緣碎片模式只考慮起落架放下情況，理由是起落架收上狀態(tài)的輪緣碎片模式已被輪胎碎片模式所覆蓋，且起落架收上狀態(tài)的輪緣脫落能量小于或等于小輪胎碎片的能量。

3　結(jié)論

輪胎爆破作為一種特定風險，是影響民用飛機安全性的重要因素之一。從JAA TGM/25/8到NPA 2013-02，輪胎爆破模式的研究在不斷深入。本文分析和研究了輪胎爆破的適航審定基礎(chǔ)和輪胎爆破模式，能夠?qū)γ裼蔑w機輪胎爆破適航驗證工作提供一定的支持。

［1］ 中國民航局.第209號令： CCAR25運輸類飛機適航標準［S］. 2011.

［2］ Joint Aviation Authorities.JAA temporary guidance material，TGM/25/08（issue 2），wheel and tire failure model［S］.2002.

［3］ European Aviation Safety Agency.Notice of proposed amendment（NPA）2013-02，protection from debris impacts. 2013.

Preliminary Study on Model of Aircraft Tire Burst

Cang Fuzhi
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai，201210）

Tire burst is common in aviation accidents and incidents，can seriously affects the safety of aircraft operations. Therefore，comprehensive assessment of tire failure is needed in airworthiness certificate.The causes of tire burst are complex and there are many failure modes.In this paper，we analysis the requirements in the airworthiness certification of tire burst，and give a brief introduction of tire failure models.

tire burst；airworthiness；model