CN114108416A - 拦阻系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种拦阻系统，该拦阻系统包括用于铺设于路基上的拦阻床，拦阻床包括沿待拦阻的交通工具的行进方向依次设置的多级拦阻段，多级拦阻段的厚度均相同，每级拦阻段分别由压溃吸能结构体构成，相邻两级拦阻段中，靠近交通工具的拦阻段中的压溃吸能结构体的压溃强度小于远离交通工具的拦阻段中的压溃吸能结构体的压溃强度。通过设置具有不同压溃强度的多级拦阻段，能够在有限的距离内安全地拦停飞机。而且，由于进入后续的具有较大压溃强度的拦阻段的飞机经过了前面的具有较小压溃强度的拦阻段的减速，飞机的速度较小，这些拦阻段作用于飞机上的载荷都不会过大，从而保护了飞机的起落架等结构，此外本拦阻系统还可以用于公路、铁路等场景。

Description

拦阻系统

技术领域

本公开涉及安全设施技术领域，具体地，涉及一种拦阻系统。

背景技术

国内外的统计数据均表明，在严重危害民航飞行安全的事故中，飞机冲/偏出跑道位列首位，跑道端安全区对降低飞机冲出跑道风险，进而保证飞机和人员的安全至关重要。但是，由于地理或者其它环境因素的制约等原因，很多机场难以满足新的跑道端安全区长度要求，存在极大的飞行安全事故隐患。工程材料拦阻系统(EMAS)目前被认为是拦停飞机的一套行之有效的方案。EMAS由具有特定力学性能的泡沫混凝土材料组成，以数百毫米的厚度铺设在跑道延长线上形成一个拦阻床。飞机因着陆速度过大、恶劣天气及湿滑跑道等因素不能在规定的跑道长度内停下时将会冲入EMAS拦阻系统，飞机机轮陷入EMAS内并碾压拦阻材料，此过程中飞机动能被压碎的阻拦材料吸收。EMAS通过机轮压溃拦阻材料形成平稳的阻力，能够安全地拦停冲出跑道的飞机。

高山、峡谷地区或者被密集的居民区、商业区以及各种交通基础设施所包围的机场跑道所拥有的安装拦阻床的区域有限，因此可能会出现拦阻床无法安全地拦停飞机的状况。为了能够在有限的距离里有效地拦停飞机，现有技术中采用增加拦阻床的厚度的方式，而拦阻床的厚度过大，可能会出现抱死机轮使得起落架折断的问题。

发明内容

本公开的目的是提供一种拦阻系统，该拦阻系统在应用于拦阻飞机时至少能够尽量减小对起落架的损伤。

为了实现上述目的，本公开提供一种拦阻系统，该拦阻系统包括用于铺设于路基上的拦阻床，所述拦阻床包括沿待拦阻的交通工具的行进方向依次设置的多级拦阻段，所述多级拦阻段的厚度均相同，每级拦阻段分别由压溃吸能结构体构成，相邻两级拦阻段中，靠近所述交通工具的拦阻段中的所述压溃吸能结构体的压溃强度小于远离所述交通工具的拦阻段中的所述压溃吸能结构体的压溃强度。

可选地，所述压溃吸能结构体包括压溃吸能体，不同压溃强度的所述压溃吸能结构体通过调整材料种类相同的压溃吸能体的不同材料配比实现。

可选地，所述压溃吸能体的材料中包括发泡剂，通过调整所述发泡剂的配比实现所述压溃吸能结构体的压溃强度不同。

可选地，所述压溃吸能结构体包括压溃吸能体，不同压溃强度的所述压溃吸能结构体通过采用具有不同压溃强度的压溃吸能体实现。

可选地，所述压溃吸能体的材料为泡沫混凝土、泡沫玻璃或脲醛泡沫材料其中的一种或多种。

可选地，所述拦阻床还包括位于所述多级拦阻段靠近所述待拦阻的交通工具一端的坡道，所述坡道的厚度逐渐增厚至所述拦阻段的厚度，其中所述坡道由所述压溃吸能结构体构成。

可选地，所述压溃吸能结构体包括顶盖、底托以及位于所述顶盖和所述底托之间的压溃吸能体，所述底托用于粘接在所述路基上。

可选地，所述路基为机场跑道或位于机场跑道的末端。

可选地，至少两级所述拦阻段沿所述行进方向的长度不同。

可选地，所述多级拦阻段包括沿所述行进方向依次设置的第一拦阻段、第二拦阻段、第三拦阻段和第四拦阻段。

上述技术方案，至少能够达到以下技术效果：

当飞机冲入拦阻床时，碾压其中的压溃吸能结构体，此过程中飞机动能被压碎的压溃吸能结构体吸收，通过拦阻床对飞机形成平稳的阻力，阻碍飞机前进。飞机刚进入拦阻床时，速度较大，飞机首先进入压溃强度较小的拦阻段，该拦阻段的拦阻力较小，飞机在碾压该拦阻段中的压溃吸能结构体时飞机承受的载荷较小，因此，不会对飞机的起落架等结构造成损伤；随后，经过上述的压溃强度较小的拦阻段减速后的飞机依次进入压溃强度逐渐增大的后续的拦阻段，这些拦阻段上的阻碍飞机的前进的阻力依次增大，能够更加迅速地吸收飞机动能，从而能够在更短的距离中安全地拦停飞机，因此，通过设置具有不同压溃强度的多级拦阻段，能够在有限的距离内安全地拦停飞机。而且，由于进入后续的具有较大压溃强度的拦阻段的飞机经过了前面的具有较小压溃强度的拦阻段的减速，飞机的速度较小，这些拦阻段作用于飞机上的载荷都不会过大，从而保护了飞机的起落架等结构。

通过设置具有不同强度的压溃吸能结构体，从而能够根据机场的实际需要选择相应数量和相应强度的压溃吸能结构体，通过压溃吸能结构体来形成具有所需要的拦阻力的拦阻段。而且，可根据不同机场的跑道端安全区的长度和飞机的机型的大小进行适应性调整，不必额外设计专用的拦阻系统，经济性好，安装调整方便，适用范围广，本拦阻系统还可以用于公路、铁路等需要拦阻的场景。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开一种实施方式的拦阻系统的俯视示意图；

图2是本公开一种实施方式的拦阻系统的剖视示意图；

图3是本公开一种实施方式的拦阻系统的压溃吸能结构体的剖视示意图。

附图标记说明

100-拦阻系统；10-拦阻床；11-第一拦阻段；112-坡道；12-第二拦阻段；13-第三拦阻段；14-第四拦阻段；20-压溃吸能结构体；21-压溃吸能体；22-顶盖；23-底托；111-第一压溃吸能结构体20；121-第二压溃吸能结构体；131-第三压溃吸能结构体；141-第四压溃吸能结构体；300-路基；301-后置段；400-交通工具。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常指的是在拦阻系统100铺设于路基300状态下的“上、下”，此外，本公开实施例中使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。

现有的EMAS(工程材料拦阻系统100)的拦阻功能主要依赖于特性材料的力学性能(例如侵彻条件下的抗压强度、可压溃深度等)，该力学性能是EMAS设计中计算该系统有效拦阻性能的最重要参数。抗压强度过大将导致在拦阻过程中飞机所受拦阻力和减速度过大，易导致飞机结构破坏和引发机上人员伤亡。抗压强度过小，飞机所受拦阻力较小，则导致EMAS系统的拦阻性能较差，无法对飞机进行有效的拦停。

发明人发现，由于不同机型的重量特征(空载重量，最大起飞重量及最大着陆重量)差异很大(比如湾流G350公务机最大起飞重量32吨，而B777飞机最大起飞重量为351吨)，这使得不同飞机的胎压和起落架(EMAS拦阻过程中主要的受力结构)能够承受的阻力差异很大。飞机胎压和特性材料的抗压强度的影响着飞机在冲入拦阻床10后机轮是否能够压溃特性材料和压溃深度为多少。而且飞机起落架的设计限制载荷关系着飞机所能承受的最大拦阻力。不同类型飞机在冲出跑道时，重量不同，速度也不同。而在飞机减速的不同阶段，也需要设定适宜的载荷来保证飞机拦停的同时尽可能地减小对飞机结构和驾驶员的损伤。若是采用具有单一拦阻力的拦阻床10来对飞机进行拦截：对于轻型飞机，单一拦阻床10产生的阻力容易偏大，从而在初始阶段就对飞机的传力结构和飞机驾驶员造成过大的载荷，导致飞机结构破坏和引发机上人员伤亡，若是轻型飞机冲入强大较大的拦阻床10，可能不能压溃特性材料而使得无拦阻效果；对于重型飞机，单一均匀拦阻床10产生的阻力容易偏小，需要依靠更长的距离来使飞机减速停止，可能会出现无法成功拦停飞机。而采用增加拦阻床10的厚度的方式来增加拦阻力，会导致拦阻床10的厚度过大，可能会出现抱死机轮使得起落架折断的问题。

为了能够在有限的距离内安全拦停冲出轨道、路面或跑道的交通工具400，在本公开中提供了一种拦阻系统100，该拦阻系统100包括用于铺设于路基300上的拦阻床10。拦阻床10包括沿待拦阻的交通工具400的行进方向依次设置的多级拦阻段，多级拦阻段的厚度均相同。每级拦阻段分别由压溃吸能结构体20构成。相邻两级拦阻段中，靠近交通工具400的拦阻段中的压溃吸能结构体20的压溃强度小于远离交通工具400的拦阻段中的压溃吸能结构体20的压溃强度，如图1所示，从首端至末端的方向，不同拦阻段的压溃强度依次增大。

压溃强度：指的是材料本身的强度，该强度包括材料的屈服强度，在压溃过程中主要是该屈服强度起主要作用。材料的强度越大，能够提供的拦阻力越大，单位距离里消耗的飞机的动能越大，从而能够对行进中的飞机产生更大的拦阻效果。

本公开中各种实施方式中的交通工具400可以为高铁、车辆、飞机等高速的交通工具400，以及其他需要拦阻的物体，相应地，路基可为铁路、公路、机场跑道等。下文中，为了便于说明，以交通工具400为飞机为例进行说明。

拦阻床10铺设于机场跑道端的安全区内的后置段301上，长度大约为几十米至一百多米，拦阻床10与跑道的宽度相等，拦阻床10的厚度大约为几十厘米。

通过上述的技术方案，当飞机冲入拦阻床10时，碾压其中的压溃吸能结构体20，此过程中飞机动能被压碎的压溃吸能结构体20吸收，通过拦阻床10对飞机形成平稳的阻力，阻碍飞机前进。飞机刚进入拦阻床10时，速度较大，飞机首先进入压溃强度较小的拦阻段，该拦阻段的拦阻力较小，飞机在碾压该拦阻段中的压溃吸能结构体20时飞机承受的载荷较小，因此，不会对飞机的起落架等结构造成损伤；随后，经过上述的压溃强度较小的拦阻段减速后的飞机依次进入压溃强度逐渐增大的后续的拦阻段，这些拦阻段上的阻碍飞机的前进的阻力依次增大，能够更加迅速地吸收飞机动能，从而能够在更短的距离中安全地拦停飞机，因此，通过设置具有不同压溃强度的多级拦阻段，能够在有限的距离内安全地拦停飞机。而且，由于进入后续的具有较大压溃强度的拦阻段的飞机经过了前面的具有较小压溃强度的拦阻段的减速，飞机的速度较小，这些拦阻段作用于飞机上的载荷都不会过大，从而保护了飞机的起落架等结构。

通过设置具有不同强度的压溃吸能结构体20，从而能够根据机场的实际需要选择相应数量和相应强度的压溃吸能结构体20，通过压溃吸能结构体20来形成具有所需要的拦阻力的拦阻段。而且，可根据不同机场的跑道端安全区的长度和飞机的机型的大小进行适应性调整，不必额外设计专用的拦阻系统100，经济性好，安装调整方便，适用范围广。

在本公开中对于如何改变压溃吸能结构体20的强度不作限制，其中，在第一种实施例中，压溃吸能结构体20包括压溃吸能体21，不同压溃强度的压溃吸能结构体20通过调整材料种类相同的压溃吸能体21的不同材料配比实现。

压溃吸能体21的吸能原理大致如下：压溃吸能体21中分布有很多的孔隙，压溃吸能体21受到冲击后压实的过程可以分为下面几个阶段：首先，孔隙壁产生变形，孔隙被压缩并吸收能量，此过程中一部分冲击能量会转变为弹性能。然后，孔隙壁发生塑性坍塌或脆性破坏，其中一部分的冲击能转变为塑性能，到此气隙绝热压缩过程基本结束。最后材料被压实形成致密材料。在该过程中压溃吸能体21会产生大的变形从而吸收很大部分的能量。

因此，通过改变压溃吸能体21中其中一种或多种组分的含量，来改变压溃吸能体21中的孔隙率，获得可调控的脆性压溃拦阻所需的强度，从而能够获得不同强度的压溃吸能结构体20，通过这些不同强度的压溃吸能结构体20形成强度不同的多级拦阻段，从而使拦阻床10的不同长度上的拦阻力不同。

在本公开中对于具体改变何种组分的含量来改变压溃吸能体21的强度不作限制，只要该组分的含量改变后能够使得压溃吸能体21强度发生适当的变化即可。其中，在一种实施方式中，压溃吸能体21的材料中包括发泡剂，通过调整发泡剂的配比实现压溃吸能结构体20的压溃强度不同。

压溃吸能体21可大致包括以下组分：水泥熟料(大致占10％～35％)、石膏(大致占0.2％～0.8％)、惰性掺合料(大致占20％～50％)、稳泡剂(大致占2％～5％)、发泡剂(大致占1％～4％)、速凝剂(大致占1％～4％)、减水剂(大致占0.3％～0.8％)、水(大致占25％～38％)等。可以理解的是，在其他实施方式中，也可根据设计需求，减少或增加某种组分，或，更改相应组分的含量。

通过改变发泡剂的含量能够改变压溃吸能体21中的孔隙率，进而改变压溃吸能体21的强度。可选地，在其他组分的用量不变的情况下，发泡剂的用量增加大约12％，压溃吸能体21的强度降低大约10％，因而可根据需要改变的强度值来适应性地调整发泡剂的用量，获得可调控的脆性压溃拦阻所需的强度。

在其他实施方式中，也可改变其他组分的配比来改变压溃吸能体21的强度，例如可改变水泥熟料的配比来改变压溃吸能体21的强度，水泥熟料的配比越高，压溃吸能体21的强度越大。

在改变压溃吸能结构体20的第二种实施例中，压溃吸能结构体20包括压溃吸能体21，不同压溃强度的压溃吸能结构体20通过采用具有不同压溃强度的压溃吸能体21实现，该具有不同压溃强度的压溃吸能体21的材料不同。

在一种实施方式中，压溃吸能体21的材料可为泡沫混凝土、泡沫玻璃或脲醛泡沫材料其中的一种或多种。不同压溃强度的压溃吸能结构体20采用的不同种类的压溃吸能体21，例如可采用由泡沫混凝土、泡沫玻璃或脲醛泡沫材料其中的一种或多种构成的压溃吸能体21。由于泡沫混凝土、泡沫玻璃或脲醛泡沫材料的强度不同，因而可使压溃吸能体21的强度不同，因此使得包含该压溃吸能体21的压溃吸能结构体20的强度不同。

在其他实施方式中，压溃吸能体21是以铝粉为发气剂制备的粉煤灰加气混凝土方块或者砂加气混凝土方块，其内有通过化学反应所发泡形成的中空气泡。

由于拦阻床10具有大约几十厘米的厚度，为了将飞机等交通工具400引导至拦阻床10上，在本公开的一种实施方式中，如图2所示，拦阻床10还包括位于多级拦阻段靠近待拦阻的交通工具400一端的坡道112。坡道112的厚度逐渐增厚至拦阻段的厚度，其中坡道112由压溃吸能结构体20构成。可选地，坡道112的角度大约为5-15度。在拦阻床10的首端设置了坡道112，便于将飞机从跑道上引导至拦阻床10，使得飞机能够平稳地从跑道上行进至拦阻床10上，不会发生颠簸。

本公开中对于拦阻段中具体是由一整块压溃吸能结构体20构成，还是由多个压溃吸能结构体20形成不作限制，可以理解的是，在一种实施方式中，每一段拦阻段可由一整个压溃吸能结构体20构成。不同的拦阻段中，该压溃吸能结构体20的强度不同。

在另一种实施方式中，压溃吸能结构体20构造成方块状结构，每个拦阻段由多个压溃吸能结构体20拼接形成，相邻的压溃吸能结构体20之间通过密封胶粘接。密封胶可为强度高、耐老化、耐腐蚀的结构胶。压溃吸能结构体20中的压溃吸能体21可通过浇注形成。

形成坡道112的压溃吸能结构体20具有倾斜设置的引导面，多个具有引导面的压溃吸能结构体20拼接形成该坡道112的坡面。在实际施工时，可利用切削工具对方块状的压溃吸能结构体20切削，以形成上述的引导面。

可选地，如图3所示，压溃吸能结构体20包括顶盖22、底托23以及位于顶盖22和底托23之间的压溃吸能体21，底托23用于粘接在路基300上。顶盖22可为聚苯醚(PPE)材料，底托23可为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)材料。顶盖22可对压溃吸能体21起到防护作用，底托23可对压溃吸能体21起到支撑作用。在制造时，可直接将压溃吸能体21原料浇注在底托23上，可将顶盖22粘接在压溃吸能体21上。

如图3所示，底托23背离压溃吸能体21的一侧间隔设置有用于与叉车配合的两个凹槽，凹槽朝压溃吸能体21的一侧凹陷设置，且沿底托23的长度或宽度方向从压溃吸能体21的一侧延伸至相对的另一侧。

当该拦阻系统100应用于拦阻飞机时，路基300为机场跑道或位于机场跑道的末端，参考图1和图2。将压溃吸能结构体20逐个铺设于机场跑道的后置段301，可通过胶粘剂将压溃吸能结构体20的底面粘接在跑道上，从而拼接成拦阻段，多个拦阻段形成该拦阻床10。可选地，胶粘剂可采用强度高、耐老化、耐腐蚀的结构胶。

在本公开中对于每级拦阻段的沿行进方向的长度不作限制，可根据实际情况进行合理的设置，在一种实施方式中，至少两级拦阻段沿行进方向的长度不同。

具体拦阻段的长度，需要根据能够铺设拦阻床10的路基300的长度，例如，飞机跑道的后置段301安全区长度，以及需要拦停的飞机的机型及其载重等进行确定。若是安全区长度有限，则需要适量的增加压溃强度较大的拦阻段的长度，缩短压溃强度较小的拦阻段的长度，以增加单位长度上拦阻床10的吸能能力；若是，安全区的长度足够，则可适量增加压溃强度较小的拦阻段的长度，缩短压溃强大较大的拦阻段的长度，以尽量较少拦阻床10对飞机的拦阻力。同理，若是需要拦停的飞机的机型较大，则需要适量增加压溃强大较大的拦阻段的长度，以增加单位长度上拦阻床10的吸能能力。

在本公开中对于拦阻段的具体数量不作限制，拦阻段的数量需要综合考虑拦停的飞机的机型大小、可铺设拦阻床10的路基300的长度以及飞机的行驶速度等综合因素。

在本公开的一种实施方式中，如图1和图2所示，多级拦阻段包括沿行进方向依次设置的第一拦阻段11、第二拦阻段12、第三拦阻段13和第四拦阻段14。第一拦阻段11中铺设的压溃吸能结构体20为第一压溃吸能结构体111，第二拦阻段12中铺设的压溃吸能结构体20为第二压溃吸能结构体121，第三拦阻段13中铺设的压溃吸能结构体20为第三压溃吸能结构体131，第四拦阻段14中铺设的压溃吸能结构体20为第四压溃吸能结构体141。第一压溃吸能结构体111、第二压溃吸能结构体121、第三压溃吸能结构体131和第四压溃吸能结构体141的强度依次增大，从而使得第一拦阻段11、第二拦阻段12、第三拦阻段13和第四拦阻段14的强度依次增大。可选地，后一级拦阻段的强度大约是前一级拦阻段强度的110％～130％。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种拦阻系统，包括用于铺设于路基(300)上的拦阻床(10)，其特征在于，所述拦阻床(10)包括沿待拦阻的交通工具(400)的行进方向依次设置的多级拦阻段(11、12、13、14)，所述多级拦阻段(11、12、13、14)的厚度均相同，每级拦阻段分别由压溃吸能结构体(20)构成，相邻两级拦阻段中，靠近所述交通工具(400)的拦阻段中的所述压溃吸能结构体(20)的压溃强度小于远离所述交通工具(400)的拦阻段中的所述压溃吸能结构体(20)的压溃强度。

2.根据权利要求1所述的拦阻系统，其特征在于，所述压溃吸能结构体(20)包括压溃吸能体(21)，不同压溃强度的所述压溃吸能结构体(20)通过调整材料种类相同的压溃吸能体(21)的不同材料配比实现。

3.根据权利要求2所述的拦阻系统，其特征在于，所述压溃吸能体(21)的材料中包括发泡剂，通过调整所述发泡剂的配比实现所述压溃吸能结构体(20)的压溃强度不同。

4.根据权利要求1所述的拦阻系统，其特征在于，所述压溃吸能结构体(20)包括压溃吸能体(21)，不同压溃强度的所述压溃吸能结构体(20)通过采用具有不同压溃强度的压溃吸能体(21)实现。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的拦阻系统，其特征在于，所述压溃吸能体(21)的材料为泡沫混凝土、泡沫玻璃或脲醛泡沫材料其中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的拦阻系统，其特征在于，所述拦阻床(10)还包括位于所述多级拦阻段(11、12、13、14)靠近所述待拦阻的交通工具(400)一端的坡道(112)，所述坡道(112)的厚度逐渐增厚至所述拦阻段的厚度，其中所述坡道(112)由所述压溃吸能结构体(20)构成。

7.根据权利要求1所述的拦阻系统，其特征在于，所述压溃吸能结构体(20)包括顶盖(22)、底托(23)以及位于所述顶盖(22)和所述底托(23)之间的压溃吸能体，所述底托(23)用于粘接在所述路基(300)上。

8.根据权利要求1所述的拦阻系统，其特征在于，所述路基(300)为机场跑道或位于机场跑道的末端。

9.根据权利要求1所述的拦阻系统，其特征在于，至少两级所述拦阻段沿所述行进方向的长度不同。

10.根据权利要求1所述的拦阻系统，其特征在于，所述多级拦阻段(11、12、13、14)包括沿所述行进方向依次设置的第一拦阻段(11)、第二拦阻段(12)、第三拦阻段(13)和第四拦阻段(14)。

Images