CN105658446A - 飞机轮胎胎冠增强件 - Google Patents

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Abstract

一种飞机轮胎(1)，包括：工作增强件(2)，所述工作增强件(2)沿径向位于胎面(3)的内部并且沿径向位于胎体增强件(4)的外部，包括至少一个工作双层(5)并且在每个轴向端部处包括轴向端部额外厚度(51)，所述工作双层(5)至少部分地由两个工作层(6、7)组成。每个工作层(6、7)由宽度W的条带(8)的轴向并置组成，条带(8)具有中线(81)，所述中线(81)沿着周期性曲线(9)沿周向延伸，所述周期性曲线(9)在赤道平面(XZ)中与周向方向(XX’)形成非零角度A并且在其极端(10)处具有曲率半径R。根据本发明，在所述周期性曲线(9)的极端(10)处的曲率半径R和所述条带(8)的宽度W之间的比例R/W最多等于N/(1-cosA)+1/2，使得每个轴向端部额外厚度(51)包括最多(N+2)个工作层。

Description

飞机轮胎胎冠增强件
技术领域
本发明涉及飞机轮胎，具体涉及飞机轮胎的工作增强件。
背景技术
通常地，轮胎包括胎面，所述胎面旨在经由胎面表面与地面接触并且通过两个胎侧连接至两个胎圈，两个胎圈旨在提供轮胎和其上安装轮胎的轮辋之间的机械连接。
在下文中，轮胎的周向、轴向和径向方向分别表示在轮胎的旋转方向上与轮胎的胎面表面正切的方向，平行于轮胎的旋转轴线的方向和垂直于轮胎的旋转轴线的方向。“在径向上位于内部或在径向上位于外部”意指“更接近轮胎的旋转轴线或更远离轮胎的旋转轴线”。“在轴向上位于内部或在轴向上位于外部”意指“更接近轮胎的赤道平面或更远离轮胎的赤道平面”，轮胎的赤道平面为经过轮胎的胎面表面的中间并且垂直于轮胎的旋转轴线的平面。
子午线飞机轮胎更特别地包括例如在文献EP1381525中描述的径向胎体增强件和胎冠增强件。
径向胎体增强件是连接轮胎的两个胎圈的轮胎增强结构。飞机轮胎的径向胎体增强件通常包括至少一个胎体层，每个胎体层由增强体组成，所述增强体通常为覆盖有弹性体或弹性体混合物类型的聚合材料的织物，增强体互相平行并且与周向方向形成在80°和100°之间的角度。
胎冠增强件是轮胎的在径向上位于胎面内部并且至少部分地在径向上位于径向胎体增强件外部的增强结构。飞机轮胎的胎冠增强件通常包括至少一个胎冠层，每个胎冠层由互相平行的增强体组成，所述增强体覆盖有弹性体或弹性体混合物类型的聚合材料。在胎冠层中，在构成工作增强件(通常由织物增强体组成)的工作层和构成保护增强件的保护层之间存在差别，所述保护增强件由金属或织物增强体组成并且在径向上设置在工作增强件的外部。工作层控制胎冠增强件的机械性质。保护层主要保护工作层免受可能通过胎面沿径向朝向轮胎内部传播的攻击。胎冠层，特别是工作层，在几何上的特征在于其轴向宽度，即其轴向端部之间的距离。
胎体层和胎冠层的织物增强体通常为由纺丝织物长丝制成，优选由脂族聚酰胺或芳族聚酰胺制成的帘线。织物增强体在拉伸下的机械性质(模量、伸长和断裂力)在初始调节之后测量。“初始调节”意指织物增强体在测量之前在根据欧洲标准DINEN20139(20±2℃的温度；65±2％的相对湿度)的标准气氛下储存至少24小时。使用ZWICKGmbH&Co(德国)的1435型或1445型拉伸测试机以已知的方式进行测量。织物增强体在400mm的初始长度上以200mm/min的标称速度经受拉伸。所有结果在10次测量上取平均。
例如用于覆盖胎体层和胎冠层的增强体的弹性体材料可以在固化之后通过由拉伸测试确定的拉伸应力/应变特征进行机械表证。该拉伸测试根据本领域技术人员已知的方法在测试试样上进行，例如根据国际标准ISO37并且在由国际标准ISO471限定的标准温度(23+或–2℃)和相对湿度(50+或-5％相对湿度)下进行。弹性体混合物在10％伸长下的以兆帕(MPa)表示的弹性模量是指测试试样在10％伸长下测得的拉伸应力。
在飞机轮胎的制造过程中，更具体地在铺设工作增强件的步骤的过程中，通常通过在成型鼓的侧表面上沿周向之字形缠绕或者通过沿周向成圈缠绕条带从而获得工作层，所述条带由至少一根覆盖有弹性体混合物的连续织物增强体制成。不管是通过沿周向之字形缠绕制备还是通过沿周向成圈缠绕制备，工作层由缠绕的每圈条带的并置宽度构成。
周向之字形缠绕意指在轮胎的周向方向上以周期性曲线进行缠绕，所述周期性曲线意指由在极端之间摆动的周期性波纹形成的曲线。以周期性曲线缠绕条带意指经缠绕条带的中线(定义为离条带边缘等距的线)与周期性曲线一致。周期性曲线的极端之间的峰对峰幅度因此定义了工作层的轴向宽度，即其轴向端部之间的距离。周期性曲线的周期通常为其上铺设条带的成型鼓的周长的0.5倍和3倍之间。周期性曲线的特征还在于其在轮胎的赤道平面中与轮胎的周向方向形成的角度，以及在周期性曲线的极端处的曲率半径。对于常规之字形缠绕，周期性曲线相对于周向方向的角度(所述角度对应于由构成条带的相互平行的织物增强体形成的角度)通常在5°和35°之间。在沿周向之字形缠绕的过程中，工作层通常成对铺设，每对工作层构成工作双层。工作双层至少部分地(即在沿轴向位于工作双层的两个轴向端部的内部的主要部段中)由两个工作层组成。此外，工作双层在其轴向端部处包括多于两个沿径向重叠的工作层。在径向方向上，相比于工作双层的两个工作层，额外工作层的最大数目被称为轴向端部额外厚度。对于每圈之字形缠绕，在工作层的端部处通过条带的交叉产生该轴向端部额外厚度。包括通过沿周向之字形缠绕条带获得的工作层的所述工作增强件已经描述于文献EP0240303、EP0850787、EP1163120和EP1518666。
沿周向成圈缠绕意指在轮胎的周向方向上以直径等于其上铺设条带的成型鼓的直径的螺旋进行缠绕，并且相对于周向方向的平均角度在0°和5°之间。通过成圈缠绕获得的工作层被称为周向的，因为条带的相互平行的织物增强体在赤道平面中与周向方向形成的角度在0°和5°之间。沿周向成圈缠绕的原理造成产生单个工作层而不是之字形缠绕获得的工作双层。
在沿周向之字形缠绕的情况下，已知工作双层的轴向端部额外厚度对耐久性损伤的开始(例如可能发展成工作增强件的明显劣化的裂纹)特别敏感，因此缩短轮胎的寿命。
发明内容
本发明人为其自身设定的目的是通过降低构成工作增强件的工作双层的轴向端部额外厚度对开裂风险的敏感性从而改进飞机轮胎的工作增强件的耐久性。
根据本发明，通过包括如下的飞机轮胎实现该目的：
-工作增强件，所述工作增强件沿径向位于胎面的内部并且沿径向位于胎体增强件的外部，
-工作增强件，所述工作增强件包括至少一个工作双层并且在每个轴向端部处包括轴向端部额外厚度，所述工作双层至少部分地由两个沿径向重叠的工作层组成，所述轴向端部额外厚度包括多于两个沿径向重叠的工作层，
-每个工作层由宽度W的条带轴向并置组成，
-每个条带具有中线，所述中线沿着在极端之间摆动的周期性曲线沿周向延伸，
-周期性曲线在赤道平面中与周向方向形成非零角度A并且在其极端处具有曲率半径R，
在条带的中线的周期性曲线的极端处的曲率半径R和条带的宽度W之间的比例R/W最多等于N/(1-cosA)+1/2，使得工作双层的每个轴向端部额外厚度包括最多(N+2)个工作层。
换言之，对于给定的条带宽度W和给定的角度A，在条带的中线的周期性曲线的极端处的曲率半径R不得超过最大值，以在轴向端部额外厚度处不超过给定数目的重叠工作层。更具体地，关于曲率半径R的该条件使得在轴向端部额外厚度处相对于在沿轴向位于轴向端部内部的主要部段的工作双层的两个层能够不超过N个额外层。限制曲率半径相当于限制工作双层的轴向端部处的层的重叠数目。这是因为曲率半径越高，重叠数目越大。
在轴向端部额外厚度处的额外层的该最大数目N造成该区域中的工作层之间的界面的数目最小化，因此最小化轴向端部额外厚度中出现裂缝的风险，并且因此改进工作双层和工作增强件的耐久性。其还使得相比于常规工作双层轴向端部额外厚度的厚度减小，因此使得该区域中的温度降低，也改进工作增强件的耐久性。最后，其使得工作双层的质量减小，因此使得轮胎的质量减小，因此有助于增加飞机可以承载的有效载荷，这受到飞机制造商的连续关注。
根据第一个实施方案，周期性曲线在赤道平面中与周向方向形成严格小于10的非零角度A，在条带的周期性曲线的中线的极端处的曲率半径R和条带的宽度W之间的比例R/W最多等于1/(1-cosA)+1/2，使得工作双层的每个轴向端部额外厚度包括最多3个工作层。
根据第二个实施方案，周期性曲线在赤道平面中与周向方向形成至少等于10°并且严格小于20°的角度A，在条带的中线的周期性曲线的极端处的曲率半径R和条带的宽度W之间的比例R/W最多等于2/(1-cosA)+1/2，使得工作双层的每个轴向端部额外厚度包括最多4个工作层。
根据第三个实施方案，周期性曲线在赤道平面中与周向方向形成至少等于20°的角度A，在条带的中线的周期性曲线的极端处的曲率半径R和条带的宽度W之间的比例R/W最多等于3/(1-cosA)+1/2，使得工作双层的每个轴向端部额外厚度包括最多5个工作层。
本发明人已经证明如下事实：考虑到由于沿着周期性曲线铺设条带的原则造成的各种几何限制，随着角度A的增加选择产生工作双层的较小端部额外厚度并且因此产生较少重叠的曲率半径变得越来越难。因此随着角度A的增加，在工作双层的端部处的最小重叠数目增加。因此，对于严格小于10°的非零角度A，有可能发现在工作双层的端部处产生最多3个额外工作层的最大曲率半径R。对于至少等于10°并且严格小于20°的角度A，工作双层的端部处的额外工作层的可能的最小数目为4。对于至少等于20°的角度A，工作双层的端部处的额外工作层的可能的最小数目为5。
有利地，在条带的中线的周期性曲线的极端处的曲率半径R和条带的宽度W之间的比例R/W至少等于10。换言之，相比于条带的宽度W，曲率半径R需要足够大。当在制造过程中铺设条带时，在周期性曲线的极端处的方向变化的过程中，该最小值能够避免条带在其平面外部屈曲的风险。
优选地，在条带的中线的周期性曲线的极端处的曲率半径R和条带的宽度W之间的比例R/W至少等于13。当在制造过程中铺设条带时，在周期性曲线的极端处的方向变化的过程中，该最小值能够避免条带在其平面外部屈曲的风险。
条带的宽度W有利地至少等于2mm，优选至少等于8mm。条带宽度的最小值对条带的技术可行性和条带的铺设生产率来说是必要的。此外，条带宽度越接近该最小值，曲率半径可以减小的越多，因此特别能够减小工作双层的轴向端部额外厚度(即潜在地对开裂敏感的区域)的轴向宽度。
还有利地，条带的宽度W最多等于20mm，优选最多等于12mm。条带宽度的最大值能够减少产生工作双层所需的以之字形铺设条带的圈数，因此减少产生工作双层所需的时间并且因此增加生产率。
有利地，条带包括由织物材料，优选脂族聚酰胺制成的增强体。这是因为特别是由脂族聚酰胺(例如尼龙)制成的织物增强体相比于金属增强体具有相对低的质量，因此允许明显节约轮胎的质量，因此增加飞机可以承载的有效载荷。
替代性地，条带包括由芳族聚酰胺制成的增强体。由芳族聚酰胺(例如芳纶)制成的增强体事实上能够实现机械强度和重量之间的良好折衷。
另一个方案是条带包括由脂族聚酰胺和芳族聚酰胺的组合制成的增强体。所述增强体通常被称为混合增强体并且提供尼龙和芳纶的技术优点：机械强度、拉伸变形性和轻质重量。
本发明还涉及获得包括根据本发明的工作双层的轮胎的方法。
更特别地，本发明还涉及制造根据上述任一个实施方案的飞机轮胎的方法，该方法包括制造工作双层的步骤，其中通过在半径为Rf的成型鼓的侧表面上以周期性曲线沿周向之字形缠绕宽度W的条带从而获得工作双层。
附图说明
借助于图1至5将更好地理解本发明的特征和其它优点，图1至5未按比例绘制：
-图1：根据本发明的飞机轮胎在穿过轮胎旋转轴线的径向平面(YZ)中的半截面图。
-图2：组成根据本发明的轮胎的工作双层的条带的一般布置。
-图3A和3B：根据本发明的轮胎的工作双层的针对两个不同曲率半径的轴向端部的平面图。
-图4A和4B：根据本发明的轮胎的工作双层的针对两个不同曲率半径的轴向端部额外厚度在径向平面(YZ)中的截面图。
-图5：在成型鼓的侧表面上以周期性曲线沿周向之字形缠绕的条带的立体图。
具体实施方式
图1显示了飞机轮胎1在穿过轮胎旋转轴线的径向平面(YZ)中的半截面图，所述飞机轮胎1包括工作增强件2，所述工作增强件2沿径向位于胎面3的内部并且沿径向位于胎体增强件4的外部。工作增强件2包括至少一个工作双层5并且在每个轴向端部处包括轴向端部额外厚度51，所述工作双层5至少部分地由两个沿径向重叠的工作层(6、7)组成，所述轴向端部额外厚度51包括多于两个沿径向重叠的工作层(6、7)。每个工作层(6、7)由宽度W的条带8轴向并置组成。
图2显示了组成根据本发明的轮胎的工作双层的条带8的一般布置。宽度W的条带8具有中线81，所述中线81沿周向(即在方向(XX’)上)沿着包括极端10的周期性曲线9延伸。换言之，周期性曲线9为支持条带8的中线81的曲线。周期性曲线9在赤道平面(XZ)中与周向方向(XX’)形成非零角度A。周期性曲线9在极端10之间摆动，在极端10处限定曲率半径R。
图3A和3B分别显示了根据本发明的轮胎的工作双层的针对两个不同曲率半径的轴向端部的平面图。每张图显示了宽度W的条带8的轴向并置，所述条带8的中线81沿着具有极端10的周期性曲线9，在所述极端10处具有曲率半径R。此外，中线81在赤道平面(XZ)中与周向方向(XX’)形成非零角度A。图3A对应于如下情况：条带8的中线81的周期性曲线9的极端10处的曲率半径R和条带8的宽度W之间的比例R/W等于27。白色区域对应于一倍厚度的条带，浅灰色区域对应于两倍厚度的条带，深灰色区域对应于三倍厚度的条带。图3B对应于如下情况：条带8的中线81的周期性曲线9的极端10处的曲率半径R和条带8的宽度W之间的比例R/W等于127。在该情况下，对应于最深区域的最大重叠数目对应于四倍厚度的条带。
图4A和4B为根据本发明的轮胎的工作双层5的针对两个不同曲率半径的轴向端部额外厚度51在径向平面(YZ)中的截面图。每张图显示了由两个工作层(6、7)的径向重叠组成的工作双层5，每个工作层(6、7)在主要部段中(即在沿轴向位于工作双层5的轴向端部额外厚度51的内部的部段上)由宽度W的条带8轴向并置组成。在图4A中，对于严格小于10的非零角度A，轴向端部额外厚度51包括3个至少部分重叠的工作层，对应于最多等于1/(1-cosA)+1/2的R/W比例。在图4B中，对于至少等于10°并且严格小于20°的角度A，轴向端部额外厚度51包括4个至少部分重叠的工作层，对应于最多等于2/(1-cosA)+1/2的R/W比例。
图5为在半径Rf的轮胎成型鼓12的侧表面13上以周期性曲线9沿周向之字形缠绕的条带8的立体图。其显示了根据本发明的制造飞机轮胎的方法。
本发明人针对型号1400X530R23的飞机轮胎实施本发明。
在所研究的轮胎中，组成工作双层的条带具有11mm的宽度W并且中线与轮胎的周向方向形成10°的角度。所述中线的曲率半径R等于180mm，致使R/W比例等于16，远低于推荐的最大值2/(1-cosA)+1/2，即132。事实上，从实践角度来看，选择曲率半径使其远小于推荐的最大值，同时尽可能接近推荐的等于10、优选等于13的最小值，这在随着条带之字形缠绕的屈曲风险极限的情况下设置。因此，R/W比例所选择的值16实际上满足两个条件：大于13并且小于132。在该具体情况下，在工作双层的端部处获得最大3个工作层的重叠。相比于参考轮胎(所述参考轮胎包括工作双层，其中由于等于176mm的最小曲率半径，轴向端部额外厚度没有最小化)，包括根据本发明的工作双层的轮胎耐久性的增加致使耐久性增加估计10％。通过在经受由欧洲航空安全局(EASA)定义的规定TSO测试的轮胎上发现的损坏量来测量该耐久性。

Claims (12)

1.一种飞机轮胎(1)，包括：
-工作增强件(2)，所述工作增强件(2)沿径向位于胎面(3)的内部并且沿径向位于胎体增强件(4)的外部，
-所述工作增强件(2)包括至少一个工作双层(5)并且在每个轴向端部处包括轴向端部额外厚度(51)，所述工作双层(5)至少部分地由两个沿径向重叠的工作层(6、7)组成，所述轴向端部额外厚度(51)包括多于两个沿径向重叠的工作层(6、7)，
-每个工作层(6、7)由宽度W的条带(8)轴向并置组成，
-每个条带(8)具有中线(81)，所述中线(81)沿着包括极端(10)的周期性曲线(9)沿周向延伸，
-所述周期性曲线(9)在赤道平面(XZ)中与周向方向(XX’)形成非零角度A并且在其极端(10)处具有曲率半径R，
其特征在于，所述条带(8)的中线(81)的周期性曲线(9)的极端(10)处的曲率半径R和所述条带(8)的宽度W之间的比例R/W最多等于N/(1-cosA)+1/2，使得所述工作双层(5)的每个轴向端部额外厚度(51)包括最多(N+2)个工作层。
2.根据权利要求1所述的飞机轮胎(1)，所述周期性曲线(9)在赤道平面(XZ)中与周向方向(XX’)形成严格小于10的非零角度A，其中所述条带(8)的周期性曲线(9)的中线(81)的极端(10)处的曲率半径R和所述条带(8)的宽度W之间的比例R/W最多等于1/(1-cosA)+1/2，使得所述工作双层(5)的每个轴向端部额外厚度(51)包括最多3个工作层。
3.根据权利要求1所述的飞机轮胎(1)，所述周期性曲线(9)在赤道平面(XZ)中与周向方向(XX’)形成至少等于10°并且严格小于20°的角度A，其中所述条带(8)的中线(81)的周期性曲线(9)的极端(10)处的曲率半径R和所述条带(8)的宽度W之间的比例R/W最多等于2/(1-cosA)+1/2，使得所述工作双层(5)的每个轴向端部额外厚度(51)包括最多4个工作层。
4.根据权利要求1所述的飞机轮胎(1)，所述周期性曲线(9)在赤道平面(XZ)中与周向方向(XX’)形成至少等于20°的角度A，其中所述条带(8)的中线(81)的周期性曲线(9)的极端(10)处的曲率半径R和所述条带(8)的宽度W之间的比例R/W最多等于3/(1-cosA)+1/2，使得所述工作双层(5)的每个端部额外厚度(51)包括最多5个工作层。
5.根据权利要求1至4任一项所述的飞机轮胎(1)，其中所述条带(8)的中线(81)的周期性曲线(9)的极端(10)处的曲率半径R和所述条带(8)的宽度W之间的比例R/W至少等于10。
6.根据权利要求1至5任一项所述的飞机轮胎(1)，其中所述条带(8)的中线(81)的周期性曲线(9)的极端(10)处的曲率半径R和所述条带(8)的宽度W之间的比例R/W至少等于13。
7.根据权利要求1至6任一项所述的飞机轮胎(1)，其中所述条带(8)的宽度W至少等于2mm，优选至少等于8mm。
8.根据权利要求1至7任一项所述的飞机轮胎(1)，其中所述条带(8)的宽度W最多等于20mm，优选最多等于12mm。
9.根据权利要求1至8任一项所述的飞机轮胎(1)，其中所述条带(8)包括由织物材料，优选脂族聚酰胺制成的增强体(11)。
10.根据权利要求1至8任一项所述的飞机轮胎(1)，其中所述条带(8)包括由芳族聚酰胺制成的增强体(11)。
11.根据权利要求1至8任一项所述的飞机轮胎(1)，其中所述条带(8)包括由脂族聚酰胺和芳族聚酰胺的组合制成的增强体(11)。
12.根据权利要求1至11任一项所述的飞机轮胎(1)的制造方法，包括制造工作双层的步骤，其中通过在半径为Rf的成型鼓(12)的侧表面(13)上以周期性曲线(9)沿周向之字形缠绕宽度W的条带(8)从而获得所述工作双层(5)。
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