民机机轮破坏模型及其应用研究

郑鹏辉

（上海飞机设计研究院，中国 上海 201210）

1 机轮破坏模型概述

轮胎是民用飞机起落架装置中不可或缺的部件之一，其是否正常可靠的工作，对于保证飞机的安全起飞和降落具有至关重要的作用。

大型飞机近百吨的重量仅由若干个轮胎组承受，轮胎组成为飞机和地面之间作用力的传递部件，其需要吸收飞机起降过程中产生的巨大能量和冲击作用，承受飞机频繁起降过程中的交变应力和热力作用。因此，严苛的使用条件使航空轮胎不可避免的受到损坏或出现失效，直接危及飞行安全。比较著名的由轮胎故障导致的航空事故案例是2000年协和超音速客机空难事故，[1]法国方面的技术调查报告当时认定，此次空难是由起落架轮胎爆裂引发一系列连锁故障（如轮胎碎片击破油箱起火）所致，而有统计表明，自1976年投入商业运营以来，协和式客机已经先后发生十多次起落架轮胎爆裂的事故。

因此，掌握航空轮胎的相关理论知识，并结合“机轮破坏模型”开展研究具有十分重要的意义。

2 航空轮胎适航标准

根据CCAR25及AC25-22，机轮破坏是突然的、有时是猛烈的，压力来自轮胎内部，通常与胎内裂缝、外来物体损坏或轮胎过热/过载有关。

FAA认为，机轮破坏是在飞机轮胎处于恶劣运行环境下偶然发生的，而实际上某些轮胎损伤可能在轮胎破坏前一直未被发现，有鉴于此，安装在轮舱内的设备在合格审定时应评定其承受机轮破坏影响的能力。要通过分析和试验室试验来确定关键区域，而且经常要进行设计更改以保证单个机轮破坏不会使关键功能丧失。[2]

飞机在使用中由轮胎和机轮破坏引起的事故屡见不鲜，CCAR 25 R4第25.729条收放机构中明确指出：位于轮舱内且对于飞机安全运行必不可少的设备必须加以保护，使之不会因下列情况而损伤：

（1）机轮破坏(除非表明轮胎不会因过热而爆破)；

（2）轮胎胎面松弛(除非表明由此不会引起损伤)。

3 机轮破坏模型必要性分析

机轮破坏危害性大，影响范围广，涉及多个系统，对飞机级和系统级的功能都有重要影响。依据相关适航条款CCAR25.729(f)要求，对因机轮破坏影响导致的飞机I、II类功能危险等级的关键设备，飞机制造商需要做详细的安全性分析。

故飞机机轮破坏审定是符合性验证工作的基础之一。在特定风险分析中，轮胎、机轮破坏模型是重要的一项。

由于机轮破坏涉及范围广，要保证单个机轮破坏不会使关键功能丧失。[3]符合性验证的过程中,可以利用经验数据说明某些情况不会发生。例如，第二种机轮破坏模式：气流喷射。根据已知事故调查表明，此种情况只发生于有刹车的起落架收起时，而不必考虑起落架放下的情况。这项符合性验证需要经验数据来证明此种情况不会发生，不需要更为复杂繁琐的符合性验证过程。

所以建立机轮破坏数据库能够为后续的试航取证工作节省时间和人力成本。

4 机轮破坏模型

根据实际事故情况分析，以及模拟仿真，机轮破坏共有六种模式会影响飞机安全。

根据JAA TGM/25/8指导材料，飞机机轮破坏和轮胎胎面脱落的模式按起落架收放状态和机轮破坏或胎面脱落形式为以下六种情况，见下表 1：[4]

表1 六种机轮破坏模式

5 机轮破坏模型的应用

因为机轮破坏涉及范围广，影响大，是适航取证的过程中很重要的环节。本项目的主要目标是建立一个新的机轮破坏模型，对试航取证工作和飞机的研制过程提供依据和指导。

在安全性分析过程中，为了得到可靠的论证结果，必须建立机轮破坏模型数据库，支撑适航取证工作，以及为安全分析和结构损伤分析提供依据。

机轮破坏模型的工作任务以及数据需求关系如下图所示：

图1 机轮破坏模型在民机设计中的应用

该模型的建立以实际数据为基础，须保证数据来源的多样性和数据量的充分性,包括试飞过程和实际运营过程中发生的事故数据，以及试验所获得的数据信息。

6 结论

机轮破坏是影响民机安全性的重要因素之一，在民机设计研发过程中必须引起足够重视，为了更好地保障民机安全性，有必要建立统一完善的民机轮胎-机轮破坏模型。

建立统一的轮胎-机轮破坏模型，收集相似机型的机轮破坏相关事故，可以综合以往事故的经验教训，反馈指导设计过程，以防止此类事件在以后重复发生。对于民机的设计研发工作具有重要意义。

[1]谢京.“协和”坠毁一二三[J].航空知识,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].