子午线航空轮胎与斜交航空轮胎的对比试验.docx
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子午线航空轮胎与斜交航空轮胎的对比试验
子午线航空轮胎与斜交航空轮胎的对比试验
子午线航空轮胎与斜交航空轮胎的对比试
验
第3期李汉堂.子午线航空轮胎与斜交航空轮胎的对比试验27
子午线航空轮胎
与斜交航空轮胎的对比试验
李汉堂编译
摘要:
在可控实验室机床试验机条件下进行了同规格子午线航空轮胎与斜交航空轮胎的温度特性对比试验.对比了
增加载荷和提高着陆速度对各种轮胎温度曲线的影响.对比结果表明,在试验中采用的斜交轮胎受增加载荷和提高速度的
影响与子午线轮胎受的影响有很大的不同.但是,仍需努力进一步量化子午线轮胎与斜交轮胎的温度曲线和附加数据之间
的差异.
关键词:
子午线航空轮胎;斜交航空轮胎;温度;对比试验
1前言
目前飞机起落架工业已经用子午线轮胎作为
传统斜交轮胎的替代品.将来,子午线轮胎将会
成为新飞机更为普通的部件并会研究出新的起落
架结构.全面了解子午线轮胎的操作特性以保证
飞机,乘客和货物的安全是绝对必要的.
量化子午线轮胎性能的一个方法是与斜交轮
胎性能对比.已经为斜交轮胎制订了轮胎检验和
更换轮胎的时间间隔.规定这些时间间隔是直接
以各轮胎的内在性能为依据的,并已经证明对提
高安全性是有效的.通过比较同规格子午线轮胎
与斜交轮胎的性能,将能更加好地进行子午线轮
胎检验和制订更换轮胎的时间间隔.
必需正确评估子午线轮胎和斜交轮胎的许多
重要性能特性.这些性能特性包括轮胎压力,轮
胎与轮辋应力和温度曲线等.本课题的目的是在
可控实验室环境和规定试验条件下比较两种轮胎
的温度曲线.用埋人式热电偶记录下了轮胎胎圈
部三角胶条处的温度并用此温度来区别性能特
性.还记录下了轮胎内部温度和压力读数.
2试验和设备
在位于美国俄亥俄州代顿的系统研究实验所
(SRL)用实验室转鼓试验机以70mph的速度进行
了试验.用两条波音727飞机主起落架轮胎(规
格为49×17,子午线轮胎和斜交轮胎各一条)作
为试验轮胎.关于在这种动态环境下精确收集到
的数据,是通过一精密遥测装置来完成的.关于
用于支持本研究课题的装置,在本报告的第二节
有详细介绍.
对每条轮胎做三组试验:
温升试验,14英里
滚动试验和偏航滚动试验.第三节详细规定了这
些试验的每一组试验的技术条件.第四和第五节
分别给出了这些试验的结果和结论.
这些试验所需的装置和设备包括试验轮胎/
轮辋总成,转鼓试验机,用于在试验中将实验设备
用元件固定在轮辋上的固定架,数据探测和处理
装置.这些装置的大部分由SRL和无线电数据公
司(WDC)提供.轮辋由BF固特里奇航空和航天
公司赠送;轮胎由BF固特里奇和米其林航空轮胎
公司赠送.
2.1轮胎
向美国联邦航空管理局(FAA)提供4条波音
727主起落架轮胎进行本课题研究.4条轮胎中2
条为子午线轮胎,2条为斜交轮胎.各轮胎的外
直径为49英寸,断面宽为17英寸(即19×17英
寸).子午线轮胎和斜交轮胎的规范见表1.
表1轮胎规范
28现代橡胶技术2011年第37卷
这些轮胎中的2条(1条子午线轮胎和1条
斜交轮胎)被指定为在出错或需要进行附加试验
时的备用轮胎.
2.2转鼓试验机
用于试验的转鼓试验机具有一直径120英
寸,宽24英寸的飞轮.该计算机控制的装置可进
行模拟航空轮胎高速起飞着陆和长距离滑行试
验.飞轮可以24ft/sec的最高加速度和减速度
进行加速和减速,最高速度可达350mph.可以试
验直径为18,57英寸的轮胎,可施加的最大垂直
载荷为150000磅.通过采用一20一+20.的装置
偏航能力施加横向载荷.自动操作系统可将高温
轮胎冷却以将试验停机时间减至最小.
2.3仪器和数据收集
在两个分立单元安装有wDC一208A应变传
感器和WDC一219A热电偶传感器.各单元配有
传感器,电池,天线引入线和低压指示器板.为了
将传感器固定到旋转飞轮上,设计安装了一个简
单的固定架.该固定架重量轻且是对称的.由
FAA飞行试验部门规定飞轮载荷和温度极限以减
少轮胎损坏的机会.固定架的重量约为1磅,各
传感器重约1.2磅.
用4个#8大柱头螺钉将传感器固定在固定架
上.用4个超长连接螺栓和4个铝垫片将整个轮
式遥测系统固定在飞轮上.轮式遥测系统,固定
架,传感器,天线引入线,超长连接螺栓和铝垫片
图示于图1.
图1
用EndevcoModel8530B一200狈4定轮胎内压.
由于与WDC一208A应变传感器兼容,所以选
择了这种压电式传感器.以轮胎压力不超过
300psi为条件,可以采用这种压力传感器.用
K型热电偶测定胎腔内空气温度和胎圈部温
度.测定胎腔内空气温度的热电偶是一种标准
探针.在轮胎的三角胶条部放置4个K型热电
偶,其中2个放在三角胶条的内侧,2个放在三
角胶条的外侧.安放热电偶时,首先往胎圈内
钻一孔眼,然后将热电偶经过孔眼放在适当的
位置,最后用轮胎补洞胶塞和补片密封已经固
定就位的热电偶.
WDC接收器收集来自WDC传感器的信号
并向数据收集系统(DAS)提供定标模拟输出.
SRL设备具有一数字数据收集系统,可为IBM
兼容个人计算机(PC)接口提供几种选择.来
自WDC接收器的信号,包括飞轮载荷,接触面
温度信号等通过一DatronicsDAS向IBM一兼
容PCPresario输送并储存在计算机内.用由
SRL提供的设备将来自WDC接收器的信号进
行从头至尾的校验.通过在胎腔内空气温度探
针上放置热电偶校验器校验热电偶.用计算机
测定一系列温度和输出电压.结果是在热电偶
温度与输出电压之间呈线性关系.通过将压力
传感器与一耐压瓶连接来校验压力传感器.用
膜片测定了几种不同的充气压力.记录下了输
出电压.充气压力与输出电压之间仍然呈线性
关系.将线性校准公式键入计算机以使DAS
显示出正确的温度和压力读数.
3试验
进行了三组子午线轮胎与斜交轮胎的性能对
比试验.三组试验包括温升试验,14英里滚动试
验和侧滑滚动试验.将每组试验设计成能代表实
际着陆操作条件.当主要比较轮胎三角胶条部的
温度时,还记录下了其它参数.表2列出了在试
验中记录下的参数.
第3期李汉堂.子午线航空轮胎与斜交航空轮胎的对比试验29
表2记录的参数
试验时间
三角胶条温度(4个位置)
胎腔空气温度
飞轮表面
环境空气温度
轮胎压力
载荷:
垂直载荷(z),横向载荷(Y),阻力载荷(X)
偏航角
轮胎转数
着陆速度
3.1温升试验
对各轮胎进行了9种试验条件的温升试验.
表3给出了各试验的详细试验结果.
表3温升试验
载荷和速度的综合影响表示波音727飞机的
使用状态范围内的特点.在各种情况下,当三角
胶条温度达到250下,轮胎旋转3000转,或三角
胶条温度稳定2分钟,则试验完成.只有每只热
电偶的读数在100oF以下才能开始试验.
3.214英里滚动试验
对每条轮胎以30400磅载荷和25mph的速
度进行了14英里滚动试验.由于该载荷和速度
代表了波音727飞机的普通使用条件,所以选择
了上述载荷和速度.只有每只热电偶的温度在
100oF以下才能开始试验.当滚动距离达到14英
里(轮胎约旋转6100转),则试验完成.14英里
滚动试验不需要其它程序限制.
3.3偏航滚动试验
对每条轮胎进行3次偏航滚动试验.表4详
细列出了在偏航滚动试验中对每条轮胎施加的载
荷和速度.
表4偏航滚动试验
用这些载荷速度进行试验所得的轮胎下沉量
代表正常的波音727转向条件.轮胎轮辋总成以
规定的角度偏航以保持恒定的侧向(横向)载荷.
由于试验轮胎的重量和构形的缘故,所以表4列
出的横向载荷导致了轮辋的偏航定向和惯性力.
惯性力约等于每次滚动总横向载荷的20%.当三
角胶条温度达到250oF’,轮胎转数达到1000转,
或者三角胶条温度稳定2分钟(无论哪个条件达
到),则试验完成.只有每只热电偶的温度在100
oF以下才能开始试验.
4结果
通过用材料实验室(MatLab),数值计算和显
像软件包获得了数据图.温升试验曲线,14英里
滚动试验曲线和偏航滚动试验曲线分别用附图
A,B,C图示.除非另有注明,图中的曲线表示插
入试验轮胎内的4个热电偶温度的平均值.材料
实验室用于进行数据分析和产生本报告的所有结
果.
4.1温升试验结果
附图A的9个图图示了9个温升试验的结
果.在下面的讨论中,分别研究了载荷和着陆速
度的影响.
4.1.1载荷影响
在各载荷条件下,斜交轮胎的生热快于子午
线轮胎(例如试验序号2,5和8).温升速度的差
30现代橡胶技术2011年第37卷
异随着载荷的增加而增大.温升速度随载荷增加
而提高是通过计算各轮胎的试验结果而得.在
40mph恒定着陆速度条件下的试验结果列于表5.
表5载荷影响
注:
1)定义为温升速度随载荷改变而改变.
斜交轮胎随着载荷变化而产生的温升速度和
变化率变化均大于子午线轮胎.与其它恒定着陆
速度组条件下试验获得的结果相似.图2为这些
温升速度与载荷的关系图.
三
差
抽厦
来
世
赠
图2载荷对子午线轮胎和斜交轮胎温升
速度的影响对比
4.1.2着陆速度影响
通过比较在恒定载荷下的对比试验(例如附
图A的试验序号4,5和6)可以看出着陆速度对
温度曲线的影响.
斜交轮胎随着着陆速度变化而产生的温升
速度和变化率变化均大于子午线轮胎.随着着
陆速度变化而产生的温升速度和变化率变化列
于表6.关于在恒定载荷组下的试验结果图示
于图3.
表6着陆速度影响
注:
1)定义为温升速度随着陆速度改变而改变.
皇
世
柬
赠
图3着陆速度对子午线轮胎和斜交轮胎温升
速度的影响对比
4.214英里滚动试验
附图B示出了各轮胎的14英里滚动试验结
果.这些试验采用的载荷是30400磅.如表7所
示,两种轮胎的温度曲线图与相同载荷下的温升
试验结果一致.
表7l4英里滚动试验结果
着陆速度/mph
平均温升速度
子午线轮胎/(T/rain)斜交轮胎/(*F/rain)
在试验斜交轮胎时,一个内侧热电偶温度有
点不稳定,这被认为是由于热电偶故障的缘故.
尽管热电偶的信号不稳,但还是完成了14英里滚
动试验.为了确保随后进行的偏航滚动试验的精
第3期李汉堂.子午线航空轮胎与斜交航空轮胎的对比试验3l
确度,附图B的曲线和表7的分析结果是除失灵
的热电偶以外的剩余3个正常的热电偶的平均
值.
4.3偏航滚动试验结果
附图C为偏航滚动试验曲线图.由于内侧热
电偶出现故障,所以在偏航滚动试验中仅采用了
3个热电偶.这些试验直接显示了侧向载荷对轮
胎温度的影响.在整个偏航滚动试验中内侧热电
偶显示出较高的温度和较高的温升速度.由于沿
内侧方向施加侧向载荷,所以轮胎的内侧吸收大
部分的横向载荷.
在做10000英尺试验时,斜交轮胎在各载荷
条件下的内侧和外侧热电偶的温差比子午线轮胎
的大.详细数据列于表8.
表8混合滚动试验结果
随着侧向载荷的增加,两种轮胎的内侧与外
侧之间的温差增大.这种温差随侧向载荷增加而
增大,斜交轮胎比子午线轮胎更显着.表8的数
据图示于图4.
星
蹙
最
暮
世
lfi’赠
翠g
脚
最
晕
图4子午线轮胎和斜交轮胎的内侧
与外侧温差比较
5结论
可通过温升试验进行直接比较子午线轮胎与
斜交轮胎的温度特性.14英里滚动试验和偏航
滚动试验结果有助于分析温升试验结果.
当着陆速度保持恒定而改变载荷时,则会产
生如下结果:
(1)随着载荷的增加,子午线轮胎和斜交轮胎
的生热随之加快.
(2)在每种试验载荷条件下,斜交轮胎的升温
比子午线轮胎的快.在较低载荷下子午线轮胎与
斜交轮胎升温速度稍有差异,当载荷增加,其差异
更加明显.这是因为斜交轮胎由于载荷增加而导
致的温升速度改变比子午线轮胎的大的缘故.
总之,斜交轮胎的升温比子午线轮胎的快.当
载荷和/或着陆速度增加时,这种差异增大.为了进
一
步鉴定这些轮胎和其它不同规格轮胎的试验结
果,需要在不同的使用条WF进行更多的试验.
以下是图示温升,14英里滚动试验和偏航滚动
试验结果的附图A,附图B和附图C.
/.轮胎’
/
//一.乎午刳}轮胎
//
‘
一’
/
/
05II,15202.53n354045B0
时间/nfin
阻A一1试验序号1:
V=10mph.载荷=237501b
时间/min
田A一2试验序号2:
V=40mph.载荷=23750tb
州攒
\赠
32现代橡胶技术2011年第37卷
赠
l50
l4O
130
20
lO
00
90
80
70
/
/
.
//},删交轮胎
/./
//
.
-I
J
02468lOl2
时间/rain
附图A一3试验序号3:
v:
70?
lph.载荷:
2375Olb附图A一6试验序
号6:
V=7Omph,载荷:
304001b
\
赠
—斜交轮胎
.
.
R,
一予午线轮胎
/’一,,
一
0510152(}253O3540455O
时间/min
\
赠
时间/nlin
~’IltlA一4试验序号4:
v:
10mph,载荷:
30400lb附图A一7试验序号
7:
V=10mph,载荷=380ooIb
\
赠
.
/.r斛交轮月台
I
/’’,—,
///子午缆轮胎
/’/r
.
.
时间/min
附图A一5试验序号5:
V=40mph.载荷=30400lb附图A一8试验序
号8:
V=40mph.载荷=38000lb
\赠\赠
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