新一代大型飞机转弯滑行时沥青道面剪切行为研究

New generation large aircraft with Multi-wheels and multi-landing gear has the characters of covering a wide range of loads，high tire pressure and heavy axle-load. It may generate shear failure on asphalt concrete airfield pavement when turning movements. To solve the problem, the whole aircraft is simulated with the virtual prototyping technology and considering the unevenness of the pavement to obtain the dynamic mechanical response of landing gear when the aircraft is taxiing. The large aircraft landing gear load characterization model which can consider different factors is developed considering the principle of binding kinetics and characteristics of the landing gears. Through laboratory experiments and basic theory of viscoelasticity, asphalt concrete viscoelastic constitutive model and parameter is established can match the load level of large aircraft.Based on the above basis, the use of numerical analysis techniques, establish the three-dimensional finite element model, preparation of the asphalt concrete viscoelasticity user subroutine systematic, the dynamic viscoelastic mechanical response of large aircraft turning movements is analyzed. Shear yield area of asphalt concrete airfield pavement grasp when the new generation large aircraft turns movements.

现有新一代大型飞机采用多轮多支柱的起落架构型，具有荷载覆盖范围广、轴载重、轮压高等特点，在转弯滑行过程中易对沥青道面产生剪切破坏。针对该问题，应用虚拟样机技术，结合道面的不平整度特性，全机模拟新一代大型飞机滑行过程中起落架的动态行为，结合动力学原理和飞机起落架构型特征，构建能够考虑不同影响因素的新一代大型飞机起落架荷载表征模型。通过室内试验和粘弹性基本理论，建立适应新一代大型飞机荷载特点的沥青混凝土粘弹性本构模型，并获取其参数。基于以上基础，以数值分析技术为平台，建立沥青道面结构三维有限元模型，编制沥青混凝土粘弹性用户子程序，系统分析大型飞机滑行和转弯滑行时沥青道面的动态粘弹性力学响应，并对影响因素进行敏感性分析，全面掌握新一代大型飞机转弯滑行时沥青道面的剪切屈服区域分布规律。

近年来随着民航客运量的不断增加，各大飞机制造厂商都在研制大型民用客机技术，以B-777和A380为代表的新一代大型飞机（New Generation Large Aircraft，NGLA）已开始在我国逐步投入运营，并带来了全新的三轴双轮起落架构型，具有起落架构型复杂、荷载覆盖范围广、轴载重、轮压高、制动水平力大等特点。现有的国内外沥青道面结构设计和评价方法均假设飞机起落架荷载为静载，不能够全面的反应轮载对道面的损伤，从而引发了现行静力学设计方法难以解释的道面损坏。特别是高温条件下大型飞机滑行特别是在转弯滑行时，在轮载的拉、压、扭等综合应力的作用下，在道面的弯道处沥青混凝土产生剪切屈服引起道面损坏。.针对该问题，通过国内外相关技术调研与分析，总结了飞机起落架的平面布置型式，分析了大型飞机转弯、刹车特性与多轮多支柱荷载特性，进而获得了大型飞机荷载特性对道面可能造成的影响，构建出了的大型飞机转弯滑行时起落架对道面荷载的表征模型；基于转弯瞬心法，结合飞机转弯滑行时运动学和动力学理论，对飞机稳态转弯与非稳态转弯时总侧向荷载进行分析，得到了常用的民航客机转弯滑行时对道面的有效侧向荷载。.以三维有限元分析软件为平台，从几何模型、边界条件、单元类型等方面，确定了适合机场沥青道面结构响应分析的三维有限元模型为30×30×10（水平方向×水平方向×厚度方向），单元类型为C3D8R，边界条件为控制对应水平向的位移，模型底部约束所有位移。采用室内动蠕变试验，测试不同条件下沥青混凝土的粘弹性特性，基于粘弹性基本理论，研究了动态模量、阻尼参数、沥青混合料粘弹性参数等材料参数的取值方法，确定了与飞机荷载应力等级匹配的粘弹性本构模型及参数。.在建立的三维有限元模型基础上，针对半刚性基层沥青道面结构，分析了弹性半空间体条件下、弹性多层体系下不同机型荷载作用下，道面结构静态弹性力学响应，得到了不同起落架飞机荷载作用下道面结构的力学响应规律。同时考察了沥青混合料粘弹性对道面动态响应的影响，揭示了飞机匀速转弯滑行条件下，半刚性沥青道面结构动态粘弹性力学响应规律，全面掌握大型飞机转弯滑行时沥青道面的剪切屈服区域。预计相关研究成果对于揭示沥青道面的损坏，为道面的设计和养护提供科学依据。