CN202986688U

CN202986688U - 一种双刚圈结构航空轮胎

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Publication number: CN202986688U
Application number: CN 201220515906
Authority: CN
Inventors: 杨卫民; 张阁; 焦志伟; 丁玉梅; 阎华�
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-10-09

Abstract

本实用新型提出一种双刚圈结构航空轮胎，主要由胎面、外刚圈、粘结剂、胎体、钢丝圈组成，胎面、外刚圈、胎体、钢丝圈由外向内包覆而形成轮胎，省去了子午线航空轮胎的带束层结构；胎体由帘线和橡胶组成，与传统胎体结构相同；外刚圈运用高分子与碳纤维形成的复合材料，其具有刚性；粘结剂将外刚圈与相邻的胎面和胎体的橡胶材料粘合在一起。本实用新型一种双刚圈结构航空轮胎，外刚圈与轮辋一起构成了双刚圈结构，这种结构不仅可以提高航空轮胎的抗耐、磨抗刺扎和散热好等性能，显著提高其使用寿命，大大降低事故风险发生率，而且在航空轮胎落地瞬间或者滑行过程中可以在一定程度上保持轮胎的真圆度，降低轮胎的滚动阻力，达到降低油耗的效果。

Description

一种双刚圈结构航空轮胎

技术领域

本实用新型涉及一种新型结构航空轮胎，特别是涉及一种拥有双刚圈结构的航空轮胎，其使飞机在升降和滑行过程中可以显著降低航空轮胎的滚动阻力，并大大提升安全性能。

背景技术

当今在航空运输中正在使用的轮胎均为充气航空轮胎，即运用压缩空气来支撑轮胎承受一定的负载，这大大提高了乘客的舒适性，但是充气航空轮胎也存在着较多的局限性，比如其充气性存在诸多不安全因素，这就会对航空轮胎的抗刺扎、抗耐磨有更高的要求，另外由于航空轮胎在落地瞬间承受高载荷在轮胎内部会产生较大的热量，这会严重影响轮胎橡胶材料的机械物理性能，降低轮胎的使用寿命。

由于航空轮胎在经过长距离滑行或快速滑行后，温度会显著升高，这会增加其敏感性而引起飞机在起飞或着陆过程中故障的发生，在专利US7172000B2中，发明了一种适用于航空轮胎的带有胎肩层的胎冠加强层结构，这不仅可以很好地降低由于裂缝引起轮胎分解的风险，而且可以排散热量，此胎肩层在轴向方向的内边上与胎冠加强层的至少一条边缘相邻，轴向外部边缘在子午方向上比与其相邻的带束层要低。

为了使轮胎能够承受更重的载荷和更大的充气压力，在2003年公开的专利US6601626B2中提出了一种子午线航空轮胎胎冠增强层结构，此胎冠加强层包含至少一层周向定向的高模量加强单元、两层有自由端部的高模量加强单元以及两层与周向方向呈0°～35°角度定向的低模量混纺层的组合体，以上各层均为芳纶材料，其中低模量混纺层300和301各自宽度为95mm和85mm，小于胎面宽度L的130mm，加强层310、311的总厚度为3mm，加强层32的宽度为190mm。

在2011年公开的专利US7950430B2中，提出了一种拥有胎肩加强层的带束层复合体的充气航空轮胎，它包括带有多层切口带束层组合体、多层螺旋缠绕带束层和多层螺旋缠绕胎肩层，其中缠绕胎肩层之间的缠绕螺距小于带层宽度，使其有部分相互重叠，而部分缠绕胎肩层之间缠绕螺距等于带宽，这种充气轮胎通过在胎肩区域添加加强层可以很好地提高轮胎的动态性能。

为了提高航空轮胎的耐磨性，并使其沿着胎面中心线方向的磨损比胎肩区域更快，这样有助于及时更换轮胎，在2002年公布的US6343637B1专利中提出带有缓冲组合层的充气航空轮胎，此缓冲组合层包含有周向延伸的帘线纤维和耐磨胶带层，这样以增强轮胎性能。为了减轻航空轮胎的重量并且可以提高性能，在1991年公布5036896专利中就提出含有芳纶纤维的充气轮胎，其胎体帘线层通过仅仅含有芳纶纤维的帘线得到加强，带束层通过含有至少一根芳纶纤维和至少一根尼龙或聚酯纤维拧在一起的帘线得到加强，这非常适用于航空轮胎。

为提高轮胎的耐磨损性并防止主带束层的非延伸性帘线产生剥离，在2010年公布的专利US7780806B2中提出了一种航空轮胎，其中主带束层安装在胎体帘线在胎冠区域的外侧，子带束层安装在主带束层的外缘，其包含有机纤维帘线带束层，且其排列方向在圆周方向上以Z字型排列。在2010年公布US2010/0276053A1专利中，发明了一种子午线航空轮胎，其带束层结构可以完全满足飞机轮胎高压的使用需求，并且没有增加轮胎重量，其胎体骨架完全在胎圈之间延伸，至少有两层带束层含有用橡胶包覆的有机纤维帘线。

美国专利US4320791公布了一种轮胎，其胎圈部位包含有高模量纤维和聚合物基体，利用高模量有机纤维或无机纤维来形成细长的胎圈元件，此胎圈元件具有高的比强度和比模量。CN101193763公布了一种具有复合胎圈芯的充气轮胎，此类轮胎的胎圈芯包括至少一个金属丝组成的细长元件和至少一个碳纤维组成的第二细长元件。

航空轮胎属于飞机的重要零部件之一，由于在飞机落地和起飞过程中轮胎需要承受高速度、高载荷、高内压，所以一般对航空轮胎的性能要求较苛刻。

飞机在落地或起飞瞬间，轮胎的速度一般会达到360km/h，其内部充气压力达1.3MPa左右，有的主轮胎承受载荷高达15000kg，在如此极端条件下还需要进行加速或减速过程，故对于航空轮胎来说，不仅要充分保证航空轮胎的安全性能和使用寿命，而且需要通过降低航空轮胎的滚动阻力以降低其油耗性能。

上述专利中虽然都从结构和材料上对航空轮胎进行改进，运用各种胎肩加强层或带束层加强层等结构以便提高其耐磨性等，但是对于航空轮胎的抗刺扎性能仍有待于进一步提高，而且由于增加加强层，无形中会增加航空轮胎的重量，对于降低航空轮胎的滚动阻力并无改善作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型结构的航空轮胎，其在胎面和胎体结构之间具有一刚性的高分子复合材料刚圈，其与航空轮胎轮辋一起构成了双刚圈结构，这种结构不仅可以提高航空轮胎的抗耐、磨抗刺扎和散热好等性能，显著提高其使用寿命，大大降低事故风险发生率，而且其由于具有一定的强度和刚性，在航空轮胎落地瞬间或者滑行过程中可以在一定程度上保持轮胎的真圆度，降低轮胎的滚动阻力，达到降低油耗的效果。

为实现上述目的，本实用新型提出一种用于飞机中的新型结构的航空轮胎，一种双刚圈结构航空轮胎，其主要由胎面、外刚圈、粘结剂、胎体、钢丝圈等部分组成，胎面、外刚圈、胎体、钢丝圈由外向内包覆而形成轮胎，在此轮胎结构中，省去了子午线航空轮胎的带束层结构；胎体由帘线和橡胶组成，与传统胎体结构相似；外刚圈运用高分子与碳纤维形成的复合材料即碳纤维增强环氧树脂基复合材料，其具有刚性，作为以加强航空轮胎的耐磨强度和抗刺扎性能；粘结剂起到将外刚圈与相邻的胎面和胎体的橡胶材料很好地粘合在一起的作用，此外刚圈结构与轮胎轮辋同时构成了一种双刚圈结构，当飞机降落瞬间或者在地面滑行时需要航空轮胎起到一定的缓冲作用时，由于外刚圈的刚性支撑，使得轮胎轮辋作为内刚圈发生上下浮动，以起到缓冲减震的作用，这样轮胎胎面的外部变形会相对稳定，最大程度上保持了轮胎外圆的真圆度，降低了轮胎的翻转力矩，进而减少了轮胎的滚动阻力，达到降低油耗的效果。

外刚圈高分子材料采用环氧树脂，并且粘结剂也采用环氧树脂，由于基材相同，相互之间的相容性好，粘接力强。

另外由于碳纤维高分子材料比重仅有铁的四分之一，而拉伸强力和拉伸模量却为铁的十倍，而且其拥有非常稳定的化学稳定性，所以采用此外刚圈结构和碳纤维材料，在一定程度上可以降低航空轮胎的重量，使飞机在空中飞行过程中减少负载量，进一步地降低油耗。

本实用新型一种双刚圈结构航空轮胎，由于镶嵌在胎面和胎体之间的外刚圈作用，使飞机在起落瞬间和滑行过程中可以承受更大的载荷量，并且在受载条件下可以保持很好的轮胎真圆度，减少轮胎绕着中心旋转轴转动时需要克服的翻转力矩，降低轮胎在滑行过程中的滚动阻力。

本实用新型一种双刚圈结构航空轮胎，其外刚圈结构可以起到增强紧固轮胎胎体的作用，提高轮胎的抗耐磨强度和抗刺扎性能，由于航空轮胎的高速性能，当其绕着中心旋转轴高速旋转时，轮胎周向上会产生较大的离心力，而且此离心力与轮胎橡胶的质量相关，所以此刚性的碳纤维材料由于在质量上较轻，其本身产生的离心力会相对较少，再加上其对轮胎胎体部位的束缚紧固作用，此种新型结构的航空轮胎会具有更优良的机械性能和更长的使用寿命。

本实用新型一种双刚圈结构航空轮胎，由于外刚圈结构采用碳纤维复合材料，其热物理性能优良，散热性能类似于铜，所以当航空轮胎由于承受大载荷或者大变形后产生的大量热能会通过碳纤维高分子材料散发出去，不会产生热量积聚而使橡胶材料失效的现象。

本实用新型一种双刚圈结构航空轮胎不仅具有更好的抗耐磨抗刺扎性和散热性能，有效延长轮胎的使用寿命，进而可以大大降低飞机起落过程中事故的发生率，而且由于其能够在承受一定载荷下可以保持很好的轮胎真圆度，降低轮胎的滚动阻力，减少飞机的油料消耗。

从下面对根据本实用新型优选的但不排他的实施例的描述中，可以进一步更好地理解本实用新型的优点和特征，该描述将参考非限制性实施例给出的附图，本实用新型说明书也应参照附图阅读。

附图说明

图1为本实用新型一种双刚圈结构航空轮胎断面示意图；

图2为本实用新型一种双刚圈结构航空轮胎的碳纤维高分子材料的外刚圈断面结构示意图；

图3为本实用新型一种双刚圈结构航空轮胎结构分布示意图;

图中各标注如下：

1-双刚圈结构航空轮胎；2-外刚圈；3-胎面；4-轮辋；5-钢丝圈；6-胎体；7-中心旋转轴；

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提出一种双刚圈结构航空轮胎1，其主要由胎面3、外刚圈2、粘结剂、胎体6、钢丝圈5等部分组成，其在胎面3和胎体6结构之间具有一刚性的高分子复合材料外刚圈2，其与航空轮胎轮辋4一起构成了双刚圈结构，省去了子午线航空轮胎的带束层结构，这种结构不仅可以提高航空轮胎的抗耐磨抗刺扎和散热好等性能，显著提高其使用寿命，大大降低事故风险发生率，而且其由于具有一定的强度和刚性，在航空轮胎落地瞬间或者滑行过程中可以在一定程度上保持轮胎的真圆度，降低轮胎的滚动阻力，达到降低油耗的效果。

运用具有刚性的高分子复合材料外刚圈2，如图2所示，以加强航空轮胎1的耐磨强度和抗刺扎性能，此复合材料采用粘附有环氧树脂等粘结剂的碳纤维高分子材料，粘结剂可以起到将外刚圈2与相邻的胎面3和胎体 6的橡胶材料很好地粘合在一起，此外刚圈2与轮胎轮辋4同时构成了一种双刚圈结构，当飞机降落瞬间或者在地面滑行时需要航空轮胎起到一定的缓冲作用时，由于外刚圈2的刚性支撑，使得轮胎轮辋4作为内刚圈发生上下浮动，如图3所示，以起到缓冲减震的作用，这样轮胎胎面3的外部变形会相对稳定，最大程度上保持了轮胎外圆的真圆度，降低了轮胎的翻转力矩，进而减少了轮胎的滚动阻力，达到降低油耗的效果。

根据本实用新型，此双刚圈结构航空轮胎1，由于镶嵌在胎面3和胎体6之间的外刚圈2作用，使飞机在起落瞬间和滑行过程中可以承受更大的载荷量，并且在受载条件下可以保持很好的轮胎真圆度，减少轮胎绕着中心旋转轴7转动时需要克服的翻转力矩，降低轮胎在滑行过程中的滚动阻力。

根据本实用新型，此双刚圈结构航空轮胎1，其外刚圈2可以起到增强紧固轮胎胎体6的作用，提高轮胎的抗耐磨强度和抗刺扎性能，由于航空轮胎的高速性能，当其绕着中心旋转轴7高速旋转时，在轮胎周向上会产生较大的离心力，而且此离心力与轮胎橡胶的质量相关，所以此刚性的碳纤维材料由于在质量上较轻，其本身产生的离心力会相对较少，再加上其对轮胎胎体部位的束缚紧固作用，此双刚圈结构航空轮胎1会具有更优良的机械性能和更长的使用寿命。

根据本实用新型，此双刚圈结构航空轮胎1，外刚圈2可以被胎面3或胎体6的橡胶材料包覆在内部，使外刚圈2受到弹性体的保护，降低受到冲击等的破坏作用。

根据本实用新型，此双刚圈结构航空轮胎1，由于外刚圈2结构采用碳纤维复合材料，其热物理性能优良，散热性能类似于铜，所以当双刚圈结构航空轮胎1由于承受大载荷或者大变形后产生的大量热能会通过碳纤维高分子材料散发出去，不会产生热量积聚而使橡胶材料失效的现象。

本实用新型双刚圈结构航空轮胎1不仅具有更好的抗耐磨抗刺扎性和散热性能，有效延长轮胎的使用寿命，进而可以大大降低飞机起落过程中事故的发生率，而且由于其能够在承受一定载荷下可以保持很好的轮胎真圆度，降低轮胎的滚动阻力，减少飞机的油料消耗。

Claims

1.一种双刚圈结构航空轮胎，其特征在于：主要由胎面、外刚圈、粘结剂、胎体、钢丝圈组成，胎面、外刚圈、胎体、钢丝圈由外向内包覆而形成轮胎，在此轮胎结构中，省去了子午线航空轮胎的带束层结构；胎体由帘线和橡胶组成，与传统胎体结构相同；外刚圈运用碳纤维增强环氧树脂基复合材料，其具有刚性；粘结剂将外刚圈与相邻的胎面和胎体的橡胶材料粘合在一起。

2.根据权利要求1所述的一种双刚圈结构航空轮胎，其特征在于：外刚圈被胎面或胎体的橡胶材料包覆在内部。