飛機輪胎濺水機理

王曉梅

摘 要：當飛機發(fā)動機吸水超量時，容易發(fā)生喘振、失速和熄火。因此飛機設計需避免發(fā)動機和輔助動力裝置吸入危險量的水。文章基于實際工作經驗，總結了飛機通過一定水深的水池時輪胎濺水的機理，以及影響濺水軌跡和濺水量的關鍵參數，以此指導飛機總體布置方案設計。

關鍵詞：發(fā)動機吸水；濺水機理；濺水軌跡

中圖分類號：V226+.8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0049-02

Abstract： When an aircraft engine absorbs too much water， it is prone to surge， stall and flame out. Therefore， aircraft design needs to avoid inhaling dangerous amounts of water by engines and auxiliary power units. Based on practical work experience， this paper summarizes the mechanism of tire splash and the key parameters that affect the splash track and splash quantity when the aircraft passes through a pool with a certain depth of water， so as to guide the design of the general layout of the aircraft.

Keywords： engine suction； splash mechanism； splash track

1 概述

當飛機發(fā)動機吸水超量時，容易發(fā)生喘振、失速和熄火。因此要求飛機設計能防止在起飛、著陸，滑行期間發(fā)動機和輔助動力裝置吸入危險量的水，避免造成發(fā)動機和其他裝置的故障和失效。因此，非常有必要研究飛機通過一定水深的水池時輪胎濺水的機理，據此可優(yōu)化飛機設計，避免危險量的水對發(fā)動機和飛機造成破壞。

2 濺水形式

本討論所用的水池尺寸和水深要求來自AC90-6A，水池必須建立成使試驗區(qū)內不小于90%的水面能保持12.7mm的水深。為了在傾斜或不平的表面保持較為一致的水深，允許在水槽里有中間水壩。試驗水區(qū)的長度不應小于在臨界試驗速度下產生持續(xù)1秒噴濺型式所需的長度。

飛機進入水池后，大部分的水沿著輪胎滾動路徑側向濺出。然而，也有少量的水從輪胎軌跡前端以弓形濺出，還有一部分水從輪胎后端濺出。側向飛濺從輪胎側向濺出，水流集中；輪胎前部濺出的水，通常為霧狀，達到輪胎滑水速度時，輪胎前部的濺水角度減??；超過滑水速度后此股水流消失；雙輪中間的濺水同軸兩輪胎的內側向水流撞擊而成。

3 濺水機理

吸進發(fā)動機的水大部分來源于輪胎側向飛濺的水。側邊水流直接從輪胎壓痕排出，當這些水側向運動時，會碰撞在輪胎滾動路徑外初始未受干擾的水，產生新的側向飛濺水流。NASA試驗證明[2]這種激振運動的能量大的足以激起相當大量的水濺到空氣中，見圖1，其水量是從輪胎壓痕中直接排出的水量的5～10倍。

輪胎側向濺起的水離開水池后，進入向側向飛濺，參見圖2。沿時間軸看，T0代表當前，T0-t代表比T0早t時刻，以此類推。在T0時刻，最前面的水剛剛開始起濺，而T0-t時刻濺起的水已遠離，在T0-6t時刻濺起的水已越過最高點進入下降階段。連續(xù)時刻的濺水疊加后形成如圖3所示的濺水軌跡。

4 影響濺水軌跡和濺水量的參數

基于某型飛機濺水試驗經驗，總結出如下影響濺水軌跡和濺水量的參數：

（1）前主輪距會影響發(fā)動機所處濺水軌跡的位置，如圖3所示的發(fā)動機位置，很好的避開了濺水水流，而不會吸入水進發(fā)動機。

（2）飛濺水流的強度隨飛機速度增加而增加，并且隨著速度增加，飛濺水流更靠近機身。達到滑水速度后，水流明顯密集。

（3）輕載荷輪胎的飛濺水流更靠近地面，重載荷輪胎將水高拋到空中。

（4）水深對濺水軌跡影響不大，但是增大水量。

5 結束語

本文基于實際工作經驗，總結了飛機通過一定水深的水池時輪胎濺水的機理，以及影響濺水軌跡和濺水量的關鍵參數。輪胎碾壓水池濺起的水，是否進入發(fā)動機，取決于飛機的總體布置、輪胎的載荷和速度等。因此在飛機早期定義中，需考慮輪胎濺起的水是否能進入發(fā)動機，避開濺水水流密集的區(qū)域，從而滿足適航條款CCAR25-R4的要求。

參考文獻：

[1]AIR1904B Tire Spray Suppression-Airplane Design and Consideration for[Z].

[2]NASA-TP-2718 Measurements of Flow Rate and Trajectory of Aircraft Tire-Generated Water Spray[Z].

[3]AC 90-6A 跑道上的水、雪水和雪[Z].

[4]AC 20-124渦輪發(fā)動機飛機的吸水試驗[Z].