橡胶轮挡阻挡功效和失效模式分析与计算

橡胶轮挡阻挡功效和失效模式分析与计算

李福海 姚红宇

中国民用航空总局航空安全技术中心

北京朝阳区西坝河北里甲24号，100028

摘 要：飞机轮挡是常用的地面安全设备，当飞机长期停放、过站或航后时，通常是利用轮挡阻挡飞机发生移动，从而避免引发航空地面事故。目前国内常用的轮挡有橡胶轮挡、金属轮挡、塑料轮挡和木质轮挡。

本文以B737-300/800飞机为例，详细介绍了飞机停放时地面风载估算方法；以B737-300/800飞机轮胎外形轮廓实测数据和W92橡胶轮挡为例，讨论了轮挡阻挡功效及其可能失效形式，并在飞机依靠轮挡所能克服的最大风速条件下对W92橡胶轮挡的阻挡功效和可能失效形式进行了分析计算。

关键词：地面安全；地面风载；轮挡；阻挡功效；失效模式

The Analysis and Calculation about

the Restraint Efficacy and Failure Forms of Rubber Chocks

Li Fuhai, Yao Hongyu

Center of Aviation Safety and Technology, CAAC

No.24A, Xibahe Beili, Chaoyang District, Beijing 100028 Abstract：Wheel chocks are the most common ground devices used to restrain an airplane from movement due to normal wind, when the airplane is parked, transiting or after flight. There are rubber chocks, metal chocks, urethane chocks and wooden chocks used in China.

This paper introduces the method of calculating the thrust and lift forces on airplanes on the ground. It also studies the restraint efficacy and the failure forms of W92 chock during extreme high wind conditions.

Key words: ground safety; the wind load upon the airplane; wheel chock; restraint efficacy; failure form

一、引 言

我国民航飞机多数是从国外引进而来，目前从欧美进口使用的飞机，其有关各种地面保障设备多需单独购买，为了节约资金、降低费用，因此一些机场和维修单位参照国外的轮挡进行仿制，从而使得国内在用轮挡五花八门、难以管理。近年来，由于这些仿制轮挡本身阻挡功能失效，或者由于轮挡使用不规范等原因，导致飞机移动或受损，造成的地面事故或不安全事件有所增多。据了解，目前国内有关轮挡的设计和生产资料基本没有，而有关轮挡的使用也只是在民用航空器维修手册等资料中有一些简单说明和要求；国内虽有厂商生产轮挡，但由于生产的轮挡未经试验和鉴定，生产的轮挡是否满足实际使用要求，是否对轮胎有腐蚀作用或其它影响都有待证明。

因此，研究轮挡的使用条件、使用中反映出来的问题和失效模式，研究轮挡的阻挡功效，对于确保飞机的地面安全是非常重要和有意义的。

二、飞机停放时地面风载分析与计算

本文规定坐标系如图1所示，坐标原点位于机头顶点在地面的投影处，X轴通过原点沿纵轴指向机尾，Y轴通过原点指向机身右侧，Z轴由右手法则确定，其中Y-Z平面为基准面。

图1 飞机坐标系

由于飞机几何外形的气动属性，飞机停放时逆风摆放虽稳定性好，但最容易被风吹动而后退；垂直风向摆放时，即在900侧风作用下最容易在风中打转。因此，本文仅讨论逆风和垂风摆放两种极限情况。

2.1 飞机前视图投影面积及形心计算

1）面积估算方法介绍

从B737-800飞机AMM手册中截取飞机侧视图，利用图形软件测量飞机长度，可知飞机长度显示尺寸与标注尺寸比为4.70，如图2所示。同理可测得飞机高度显示尺寸与标注尺寸比为4.55。因此，侧视图上任一封闭图形面积被放大21.39倍。

图2 飞机长度测量

再次利用图形软件，用多条折线圈描垂尾边界，并形成封闭图形，可测得垂尾面积放大后数值为569.97㎡，如图3所示。因此，可以计算求得垂尾面积为26.65㎡。垂尾标注面积是26.44m2，面积计算误差精度为0.79%，因此本方法用于工程计算是可靠的。

图3 垂尾投影面积测量

2）飞机前、侧视图投影面积计算

由上述面积计算方法，在飞机前视图上计算求得长度平均放大比例为5.32，高度平均放大比例为6.30，前视图投影面积放大后为1287.20m2，所以前视图实际投影面积为38.37 m2；在飞机侧视图上计算求得长度平均放大比例为4.62，高度平均放大比例为4.62，侧视图投影面积放大后为3569.37m2，所以侧视图实际投影面积为166.59 m2。

3）飞机侧视图投影轮廓形心计算

利用图形软件可以计算求得侧视图形心距基准距离为21.34m，形心距地面高度为4.09m，如图4所示。

图4 飞机侧视图投影轮廓形心

2.2飞机地面停放时风载计算

1）前风升力计算方法

图5是B737-800在襟翼为50位置时的“滑跑时间-速度-地面承重”试验数据图。由于实际飞机在停放时襟翼应为00，所以依据图5计算的前风升力会偏大，即地面对飞机的摩擦力会偏小。因此，如果在襟翼为50位置时飞机不能被前风吹动，襟翼在00位置时飞机也不会被吹动。

图5飞机滑跑时地面对飞机支撑力