CN104614226A - 一种牵引式往复循环飞机荷载模拟试验装置及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的飞机荷载模拟试验装置，特别涉及模拟飞机着陆与起飞对跑道的冲击力以及滑行对跑道的作用力，用以研究飞机降落、平滑、起飞，加减速等不同状况对飞机跑道的影响，飞机跑道路基的结构力学性能，以及飞机跑道在加载过程中的沉降变形规律，预测飞机跑道在长期大频次动态疲劳负荷下的使用情况，为飞机跑道的设计提供准确的参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的牵引式往复循环飞机荷载模拟试验装置，用以研究飞机降落、平滑、起飞与加减速等不同状况对飞机跑道的影响，飞机跑道路基的结构力学性能，以及飞机跑道在加载过程中的沉降变形规律，预测飞机跑道在长期大频次动态疲劳负荷下的使用情况，为飞机跑道的设计提供准确的参数。
背景技术
目前针对飞机荷载作用下飞机跑道服役性能的研究并不多见，现有研究主要集中在室内土体单元试验以及跑道设计方案的分析验证两个方面。
室内土体单元试验中首先要选取土样，然后根据机场运行过程中，飞机跑道路基中土体单元的实际应力状态，利用动三轴，空心圆柱扭剪仪等设备对土体单元进行加载，分析土体单元的动力特性，据此对飞机跑道的服役状态，如力学性能、沉降变形等规律进行研究。但试验研究对象为土体单元，对飞机跑道只能间接的进行研究，因而研究结果常与实际情况有较大出入。另一方面，目前室内土体单元试验中主要针对一般性交通荷载进行模拟，如高速铁路、公路荷载等，无法反映飞机荷载高幅特性，起降架轮载间的叠加作用、起降的冲击作用及加减速影响。
试验研究方面，由于飞机运行安全方面的要求，无法对运行期间的飞机跑道进行测试，因此无法展开现场试验。目前试验基本停留在跑道设计方案的验证阶段，研究对象为正在修建尚未运行的跑道，研究过程中没有考虑飞机荷载的动力特性，不能获得运行期间飞机跑道的全方位、全过程工作性状资料，也就不能对飞机跑道路基的力学性能和沉降变形规律做出准确的研究。而模型试验方面也是尚未见人开展。
总之，目前针对飞机荷载长期作用下飞机跑道服役性能的研究很少，尤其是缺乏考虑飞机降落、滑行及起飞等不同荷载状况对路基中动应力、动应变发展过程的试验研究，然而这恰恰是预测飞机跑道在飞机荷载长期作用下的服役性能，为飞机跑道设计提供科学依据的关键。
发明内容
本发明的目的在于开发一种新型的牵引式往复循环飞机荷载模拟试验装置，用以研究飞机跑道在长期大频次飞机荷载作用下的服役性能。
本发明的技术方案是：
一种牵引式往复循环飞机荷载模拟试验装置，采用等比例缩小的模型模拟真实的飞机运行荷载和飞机跑道，利用卷扬机作为牵引装置，牵引桁架模拟大频次的飞机起飞、降落与滑行过程对飞机跑道的冲击和加载，进而研究飞机跑道路基的结构力学性能，以及飞机跑道在加载过程中的沉降变形规律。通过牵引装置驱动桁架模拟飞机起降、加减速、滑行等不同运行状态，桁架下方安装的真实飞机轮毂与飞机跑道接触，在跑道一端设置动态位移监测仪实时测量跑道路基的位移、加速度及振动情况，在跑道路基中预埋土压力盒测量路基中各层的动静态应力变化分布状况。
优选的，混凝土墙体与混凝土底板构成试验装置的下部基槽结构，飞机跑道模型槽中铺设路面层、路基以及地基土体，墙体限制路面层、路基以及地基土体的侧向位移，混凝土底板提供底部支撑，框架竖梁、框架纵梁和框架横梁相连构成了试验装置的上部支撑体系，轮组安装在框架纵梁上并可沿其滚动，由牵引装置提供动力，纵梁两端设防撞装置防止碰撞，轮组下设桁架，通过真实飞机轮毂与飞机跑道相接触，基槽一端安装有动态位移监测仪，路面层、路基以及地基土体内埋有土压力盒，控制系统进行指令输出与数据采集。
优选的，采用卷扬机作为牵引装置，牵引桁架以模拟飞机起降、加减速、跑道滑行等不同运行状态，在牵引作用下，桁架加速度不小于4m/s2，滑行速度不小于8m/s。
优选的，采用循环加载以模拟飞机跑道长期大频次的动态负载状态，每次试验周期1个月以上，试验周期内每2分钟加载一次，以保证实验结果稳定可靠。
优选的，设置动态位移监测系统，基于立体视觉摄影原理、数码摄像机技术、以及数字图像相关方法，采用非接触式三维全场位移与应变测试技术，记录加载过程中飞机跑道模型路基与基础的动力响应，位移量程0.1mm，加速度量程10m/s2，实时监测跑道路基的位移、加速度及振动情况。
本发明的优点在于采用等比例缩小的模型模拟真实的飞机运行情况和飞机跑道，试验手段更为直接，试验结果能够更为直观的反应飞机跑道路基在飞机荷载作用下的力学性能及沉降变化规律；采用牵引装置驱动桁架模拟飞机起降、加减速、滑行等不同运行状态，加载方式及飞机跑道的受力状况更加符合真实情况；重复循环加载，能够模拟飞机跑道长期服役状况；采用真实的飞机轮毂将荷载传到跑道面层中，荷载传递形式更为真实；设置动态位移监测仪、土压力盒等仪器，可以实时测量飞机荷载作用下路基位移、振动、应力的分布和变化规律，可以获得模拟试验中飞机跑道的全方位、全过程工作性状资料，对飞机跑道路基的力学性能和沉降变形规律做出准确的研究，为我国飞机跑道的设计建设提供科学依据。
附图说明
图1——本发明装置断面示意图。
图2——本发明装置纵向示意图。
图3——本发明装置平面示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，混凝土墙体1与混凝土底板2构成了试验装置的下部基槽结构，飞机跑道模型槽中铺设路面层3、路基4以及地基土体5，墙体1限制路面层3、路基4以及地基土体5的侧向位移，混凝土底板2提供底部支撑，框架竖梁6、框架纵梁7和框架横梁8相连构成了试验装置的上部支撑体系，轮组9安装在框架纵梁7上并可沿其滚动，由牵引装置14提供动力，纵梁两端设防撞装置13防治碰撞，轮组9下设桁架10，通过真实飞机轮毂11与跑道路面层3相接触，基槽一端安装有动态位移监测仪15，路面层3、路基4以及地基土体5内埋有土压力盒16，控制系统12进行指令输出与数据采集。
进行模型实验时，由控制系统12输入指令，牵引装置14提供动力，控制轮组9、桁架10、轮毂11进行下降、升起、沿纵梁7滚动等动作，在路面层3上模拟飞机降落、起飞、滑行等工况，并将荷载传递到路基4及地基5中。实验过程中，由动态位移监测仪15测定跑道的位移，振动及加速度，由土压力盒16测定跑道中相应位置的动应力，测得的各项数据由12采集并存储，最终通过数据分析对飞机荷载长期作用下飞机跑道的力学性能及位移变形规律展开研究。
一些装置的尺寸和功能要求
(1)模型基座长宽高为25×8×5m，模型槽长宽高为20×4×4.5m，侧向混凝土墙体厚不小于2m，底板厚不小于0.5m；
(2)牵引装置加速度不小于4m/s2，最大速度不小于8m/s；
(3)土压力盒，量程0.1-3MPa。
本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。
Claims (6)
1.一种牵引式往复循环飞机荷载模拟试验装置，采用等比例缩小的模型模拟真实的飞机运行荷载和飞机跑道，利用卷扬机作为牵引装置，牵引桁架模拟大频次的飞机起飞、降落与滑行过程对飞机跑道的冲击和加载，进而研究飞机跑道路基的结构力学性能，以及飞机跑道在加载过程中的沉降变形规律。通过牵引装置驱动桁架模拟飞机起降、加减速、滑行等不同运行状态，桁架下方安装的真实飞机轮毂与飞机跑道接触，在跑道一端设置动态位移监测仪实时测量跑道路基的位移、加速度及振动情况，在跑道路基中预埋土压力盒测量路基中各层的动静态应力变化分布状况。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：混凝土墙体与混凝土底板构成试验装置的下部基槽结构，飞机跑道模型槽中铺设路面层、路基以及地基土体，墙体限制路面层、路基以及地基土体的侧向位移，混凝土底板提供底部支撑，框架竖梁、框架纵梁和框架横梁相连构成了试验装置的上部支撑体系，轮组安装在框架纵梁上并可沿其滚动，由牵引装置提供动力，纵梁两端设防撞装置防止碰撞，轮组下设桁架，通过真实飞机轮毂与飞机跑道相接触，基槽一端安装有动态位移监测仪，路面层、路基以及地基土体内埋有土压力盒，控制系统进行指令输出与数据采集。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：采用卷扬机作为牵引装置，牵引桁架以模拟飞机起降、加减速、跑道滑行等不同运行状态，在牵引作用下，桁架加速度不小于4m/s2，滑行速度不小于8m/s。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：采用循环加载以模拟飞机跑道长期大频次的动态负载状态，每次试验周期1个月以上，试验周期内每2分钟加载一次，以保证实验结果稳定可靠。
5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：设置动态位移监测系统，基于立体视觉摄影原理、数码摄像机技术、以及数字图像相关方法，采用非接触式三维全场位移与应变测试技术，记录加载过程中飞机跑道模型路基与基础的动力响应，位移量程0.1mm，加速度量程10m/s2，实时监测跑道路基的位移、加速度及振动情况。
6.一种牵引式往复循环飞机荷载模拟试验方法，其特征在于：采用权利要求1所述的试验装置进行飞机荷载模拟试验，具体为，首先将混凝土墙体与混凝土底板构成试验装置的下部基槽结构，飞机跑道模型槽中铺设路面层、路基以及地基土体，墙体限制路面层、路基以及地基土体的侧向位移，混凝土底板提供底部支撑，框架竖梁、框架纵梁和框架横梁相连构成了试验装置的上部支撑体系，轮组安装在框架纵梁上并可沿其滚动，由牵引装置提供动力，纵梁两端设防撞装置防治碰撞，轮组下设桁架，通过真实飞机轮毂与跑道路面层3相接触，基槽一端安装有动态位移监测仪，路面层、路基以及地基土体5内埋有土压力盒，控制系统进行指令输出与数据采集。
正式进行模型实验时，由控制系统输入指令，牵引装置提供动力，控制轮组、桁架、轮毂进行下降、升起、沿纵梁滚动等动作，在路面层上模拟飞机降落、起飞、滑行等工况，并将荷载传递到路基及地基中，由动态位移监测仪测定跑道的位移，振动及加速度，由土压力盒测定跑道中相应位置的动应力，测得的各项数据由采集并存储，最终通过数据分析对飞机荷载长期作用下飞机跑道的力学性能及位移变形规律展开研究。
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