民機機輪破壞模型及其應用研究

鄭鵬輝

（上海飛機設計研究院，中國 上海 201210）

1 機輪破壞模型概述

輪胎是民用飛機起落架裝置中不可或缺的部件之一，其是否正常可靠的工作，對于保證飛機的安全起飛和降落具有至關重要的作用。

大型飛機近百噸的重量僅由若干個輪胎組承受，輪胎組成為飛機和地面之間作用力的傳遞部件，其需要吸收飛機起降過程中產生的巨大能量和沖擊作用，承受飛機頻繁起降過程中的交變應力和熱力作用。因此，嚴苛的使用條件使航空輪胎不可避免的受到損壞或出現失效，直接危及飛行安全。比較著名的由輪胎故障導致的航空事故案例是2000年協和超音速客機空難事故，[1]法國方面的技術調查報告當時認定，此次空難是由起落架輪胎爆裂引發一系列連鎖故障（如輪胎碎片擊破油箱起火）所致，而有統計表明，自1976年投入商業運營以來，協和式客機已經先后發生十多次起落架輪胎爆裂的事故。

因此，掌握航空輪胎的相關理論知識，并結合“機輪破壞模型”開展研究具有十分重要的意義。

2 航空輪胎適航標準

根據CCAR25及AC25-22，機輪破壞是突然的、有時是猛烈的，壓力來自輪胎內部，通常與胎內裂縫、外來物體損壞或輪胎過熱/過載有關。

FAA認為，機輪破壞是在飛機輪胎處于惡劣運行環境下偶然發生的，而實際上某些輪胎損傷可能在輪胎破壞前一直未被發現，有鑒于此，安裝在輪艙內的設備在合格審定時應評定其承受機輪破壞影響的能力。要通過分析和試驗室試驗來確定關鍵區域，而且經常要進行設計更改以保證單個機輪破壞不會使關鍵功能喪失。[2]

飛機在使用中由輪胎和機輪破壞引起的事故屢見不鮮，CCAR 25 R4第25.729條收放機構中明確指出：位于輪艙內且對于飛機安全運行必不可少的設備必須加以保護，使之不會因下列情況而損傷：

（1）機輪破壞(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)。

3 機輪破壞模型必要性分析

機輪破壞危害性大，影響范圍廣，涉及多個系統，對飛機級和系統級的功能都有重要影響。依據相關適航條款CCAR25.729(f)要求，對因機輪破壞影響導致的飛機I、II類功能危險等級的關鍵設備，飛機制造商需要做詳細的安全性分析。

故飛機機輪破壞審定是符合性驗證工作的基礎之一。在特定風險分析中，輪胎、機輪破壞模型是重要的一項。

由于機輪破壞涉及范圍廣，要保證單個機輪破壞不會使關鍵功能喪失。[3]符合性驗證的過程中,可以利用經驗數據說明某些情況不會發生。例如，第二種機輪破壞模式：氣流噴射。根據已知事故調查表明，此種情況只發生于有剎車的起落架收起時，而不必考慮起落架放下的情況。這項符合性驗證需要經驗數據來證明此種情況不會發生，不需要更為復雜繁瑣的符合性驗證過程。

所以建立機輪破壞數據庫能夠為后續的試航取證工作節省時間和人力成本。

4 機輪破壞模型

根據實際事故情況分析，以及模擬仿真，機輪破壞共有六種模式會影響飛機安全。

根據JAA TGM/25/8指導材料，飛機機輪破壞和輪胎胎面脫落的模式按起落架收放狀態和機輪破壞或胎面脫落形式為以下六種情況，見下表 1：[4]

表1 六種機輪破壞模式

5 機輪破壞模型的應用

因為機輪破壞涉及范圍廣，影響大，是適航取證的過程中很重要的環節。本項目的主要目標是建立一個新的機輪破壞模型，對試航取證工作和飛機的研制過程提供依據和指導。

在安全性分析過程中，為了得到可靠的論證結果，必須建立機輪破壞模型數據庫，支撐適航取證工作，以及為安全分析和結構損傷分析提供依據。

機輪破壞模型的工作任務以及數據需求關系如下圖所示：

圖1 機輪破壞模型在民機設計中的應用

該模型的建立以實際數據為基礎，須保證數據來源的多樣性和數據量的充分性,包括試飛過程和實際運營過程中發生的事故數據，以及試驗所獲得的數據信息。

6 結論

機輪破壞是影響民機安全性的重要因素之一，在民機設計研發過程中必須引起足夠重視，為了更好地保障民機安全性，有必要建立統一完善的民機輪胎-機輪破壞模型。

建立統一的輪胎-機輪破壞模型，收集相似機型的機輪破壞相關事故，可以綜合以往事故的經驗教訓，反饋指導設計過程，以防止此類事件在以后重復發生。對于民機的設計研發工作具有重要意義。

[1]謝京.“協和”墜毀一二三[J].航空知識,2000(09):34-38.

[2]Notice No 25-137 Harmonization of Airworthiness Standards-Miscellaneous Structures Requirements[Z].2013.

[3]Airworthiness Standards:Transport Category Airplanes.FAR-25.2012[Z].

[4]D.H.Guan,L.H.Yam,M.P.Mignolet,Y.Y.Liy.TECHNIQUES:EXPERIMENTAL MODAL ANALYSIS OF TIRES[J].Experimental Techniques[Z].

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