一種牽引式往復循環(huán)飛機荷載模擬試驗裝置及應用方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的牽引式往復循環(huán)飛機荷載模擬試驗裝置，用以研宄飛機降落、平滑、起飛與加減速等不同狀況對飛機跑道的影響，飛機跑道路基的結(jié)構(gòu)力學性能，以及飛機跑道在加載過程中的沉降變形規(guī)律，預測飛機跑道在長期大頻次動態(tài)疲勞負荷下的使用情況，為飛機跑道的設計提供準確的參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前針對飛機荷載作用下飛機跑道服役性能的研宄并不多見，現(xiàn)有研宄主要集中在室內(nèi)土體單元試驗以及跑道設計方案的分析驗證兩個方面。
[0003]室內(nèi)土體單元試驗中首先要選取土樣，然后根據(jù)機場運行過程中，飛機跑道路基中土體單元的實際應力狀態(tài)，利用動三軸，空心圓柱扭剪儀等設備對土體單元進行加載，分析土體單元的動力特性，據(jù)此對飛機跑道的服役狀態(tài)，如力學性能、沉降變形等規(guī)律進行研宄。但試驗研宄對象為土體單元，對飛機跑道只能間接的進行研宄，因而研宄結(jié)果常與實際情況有較大出入。另一方面，目前室內(nèi)土體單元試驗中主要針對一般性交通荷載進行模擬，如尚速鐵路、公路荷載等，無法反映飛機荷載尚幅特性，起降架輪載間的萱加作用、起降的沖擊作用及加減速影響。
[0004]試驗研宄方面，由于飛機運行安全方面的要求，無法對運行期間的飛機跑道進行測試，因此無法展開現(xiàn)場試驗。目前試驗基本停留在跑道設計方案的驗證階段，研宄對象為正在修建尚未運行的跑道，研宄過程中沒有考慮飛機荷載的動力特性，不能獲得運行期間飛機跑道的全方位、全過程工作性狀資料，也就不能對飛機跑道路基的力學性能和沉降變形規(guī)律做出準確的研宄。而模型試驗方面也是尚未見人開展。
[0005]總之，目前針對飛機荷載長期作用下飛機跑道服役性能的研宄很少，尤其是缺乏考慮飛機降落、滑行及起飛等不同荷載狀況對路基中動應力、動應變發(fā)展過程的試驗研宄，然而這恰恰是預測飛機跑道在飛機荷載長期作用下的服役性能，為飛機跑道設計提供科學依據(jù)的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種新型的牽引式往復循環(huán)飛機荷載模擬試驗裝置，用以研宄飛機跑道在長期大頻次飛機荷載作用下的服役性能。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]一種牽引式往復循環(huán)飛機荷載模擬試驗裝置，采用等比例縮小的模型模擬真實的飛機運行荷載和飛機跑道，利用卷揚機作為牽引裝置，牽引桁架模擬大頻次的飛機起飛、降落與滑行過程對飛機跑道的沖擊和加載，進而研宄飛機跑道路基的結(jié)構(gòu)力學性能，以及飛機跑道在加載過程中的沉降變形規(guī)律。通過牽引裝置驅(qū)動桁架模擬飛機起降、加減速、滑行等不同運行狀態(tài)，桁架下方安裝的真實飛機輪轂與飛機跑道接觸，在跑道一端設置動態(tài)位移監(jiān)測儀實時測量跑道路基的位移、加速度及振動情況，在跑道路基中預埋土壓力盒測量路基中各層的動靜態(tài)應力變化分布狀況。
[0009]優(yōu)選的，混凝土墻體與混凝土底板構(gòu)成試驗裝置的下部基槽結(jié)構(gòu)，飛機跑道模型槽中鋪設路面層、路基以及地基土體，墻體限制路面層、路基以及地基土體的側(cè)向位移，混凝土底板提供底部支撐，框架豎梁、框架縱梁和框架橫梁相連構(gòu)成了試驗裝置的上部支撐體系，輪組安裝在框架縱梁上并可沿其滾動，由牽引裝置提供動力，縱梁兩端設防撞裝置防止碰撞，輪組下設桁架，通過真實飛機輪轂與飛機跑道相接觸，基槽一端安裝有動態(tài)位移監(jiān)測儀，路面層、路基以及地基土體內(nèi)埋有土壓力盒，控制系統(tǒng)進行指令輸出與數(shù)據(jù)采集。
[0010]優(yōu)選的，采用卷揚機作為牽引裝置，牽引桁架以模擬飛機起降、加減速、跑道滑行等不同運行狀態(tài)，在牽引作用下，桁架加速度不小于4m/s2，滑行速度不小于8m/s。
[0011]優(yōu)選的，采用循環(huán)加載以模擬飛機跑道長期大頻次的動態(tài)負載狀態(tài)，每次試驗周期I個月以上，試驗周期內(nèi)每2分鐘加載一次，以保證實驗結(jié)果穩(wěn)定可靠。
[0012]優(yōu)選的，設置動態(tài)位移監(jiān)測系統(tǒng)，基于立體視覺攝影原理、數(shù)碼攝像機技術(shù)、以及數(shù)字圖像相關(guān)方法，采用非接觸式三維全場位移與應變測試技術(shù)，記錄加載過程中飛機跑道模型路基與基礎的動力響應，位移量程0.1_，加速度量程lOm/s2，實時監(jiān)測跑道路基的位移、加速度及振動情況。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于采用等比例縮小的模型模擬真實的飛機運行情況和飛機跑道，試驗手段更為直接，試驗結(jié)果能夠更為直觀的反應飛機跑道路基在飛機荷載作用下的力學性能及沉降變化規(guī)律；采用牽引裝置驅(qū)動桁架模擬飛機起降、加減速、滑行等不同運行狀態(tài)，加載方式及飛機跑道的受力狀況更加符合真實情況；重復循環(huán)加載，能夠模擬飛機跑道長期服役狀況；采用真實的飛機輪轂將荷載傳到跑道面層中，荷載傳遞形式更為真實；設置動態(tài)位移監(jiān)測儀、土壓力盒等儀器，可以實時測量飛機荷載作用下路基位移、振動、應力的分布和變化規(guī)律，可以獲得模擬試驗中飛機跑道的全方位、全過程工作性狀資料，對飛機跑道路基的力學性能和沉降變形規(guī)律做出準確的研宄，為我國飛機跑道的設計建設提供科學依據(jù)。
【附圖說明】
[0014]圖1--本發(fā)明裝置斷面不意圖。
[0015]圖2——本發(fā)明裝置縱向示意圖。
[0016]圖3--本發(fā)明裝置平面不意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1、圖2、圖3所示，混凝土墻體I與混凝土底板2構(gòu)成了試驗裝置的下部基槽結(jié)構(gòu)，飛機跑道模型槽中鋪設路面層3、路基4以及地基土體5，墻體I限制路面層3、路基4以及地基土體5的側(cè)向位移，混凝土底板2提供底部支撐，框架豎梁6、框架縱梁7和框架橫梁8相連構(gòu)成了試驗裝置的上部支撐體系，輪組9安裝在框架縱梁7上并可沿其滾動，由牽引裝置14提供動力，縱梁兩端設防撞裝置13防治碰撞，輪組9下設桁架10，通過真實飛機輪轂11與跑道路面層3相接觸，基槽一端安裝有動態(tài)位移監(jiān)測儀15，路面層3、路基4以及地基土體5內(nèi)埋有土壓力盒16，控制系統(tǒng)12進行指令輸出與數(shù)據(jù)采集。
[0018]進行模型實驗時，由控制系統(tǒng)12輸入指令，牽引裝置14提供動力，控制輪組9、桁架10、輪轂11進行下降、升起、沿縱梁7滾動等動作，在路面層3上模擬飛機降落、起飛、滑行等工況，并將荷載傳遞到路基4及地基5中。實驗過程中，由動態(tài)位移監(jiān)測儀15測定跑道的位移，振動及加速度，由土壓力盒16測定跑道中相應位置的動應力，測得的各項數(shù)據(jù)由12采集并存儲，最終通過數(shù)據(jù)分析對飛機荷載長期作用下飛機跑道的力學性能及位移變形規(guī)律展開研宄。
[0019]一些裝置的尺寸和功能要求
[0020](I)模型基座長寬高為25X8X 5m，模型槽長寬高為20X4X4.5m，側(cè)向混凝土墻體厚不小于2m，底板厚不小于0.5m ；
[0021](2)牽引裝置加速度不小于4m/s2，最大速度不小于8m/s ；
[0022](3) 土壓力盒，量程 0.l_3MPa。
[0023]本發(fā)明的保護范圍并不僅僅局限于本實施方式的描述。
【主權(quán)項】
1.一種牽引式往復循環(huán)飛機荷載模擬試驗裝置，采用等比例縮小的模型模擬真實的飛機運行荷載和飛機跑道，利用卷揚機作為牽引裝置，牽引桁架模擬大頻次的飛機起飛、降落與滑行過程對飛機跑道的沖擊和加載，進而研宄飛機跑道路基的結(jié)構(gòu)力學性能，以及飛機跑道在加載過程中的沉降變形規(guī)律。通過牽引裝置驅(qū)動桁架模擬飛機起降、加減速、滑行等不同運行狀態(tài)，桁架下方安裝的真實飛機輪轂與飛機跑道接觸，在跑道一端設置動態(tài)位移監(jiān)測儀實時測量跑道路基的位移、加速度及振動情況，在跑道路基中預埋土壓力盒測量路基中各層的動靜態(tài)應力變化分布狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗裝置，其特征在于:混凝土墻體與混凝土底板構(gòu)成試驗裝置的下部基槽結(jié)構(gòu)，飛機跑道模型槽中鋪設路面層、路基以及地基土體，墻體限制路面層、路基以及地基土體的側(cè)向位移，混凝土底板提供底部支撐，框架豎梁、框架縱梁和框架橫梁相連構(gòu)成了試驗裝置的上部支撐體系，輪組安裝在框架縱梁上并可沿其滾動，由牽引裝置提供動力，縱梁兩端設防撞裝置防止碰撞，輪組下設桁架，通過真實飛機輪轂與飛機跑道相接觸，基槽一端安裝有動態(tài)位移監(jiān)測儀，路面層、路基以及地基土體內(nèi)埋有土壓力盒，控制系統(tǒng)進行指令輸出與數(shù)據(jù)采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗裝置，其特征在于:采用卷揚機作為牽引裝置，牽引桁架以模擬飛機起降、加減速、跑道滑行等不同運行狀態(tài)，在牽引作用下，桁架加速度不小于4m/s2，滑行速度不小于8m/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗裝置，其特征在于:采用循環(huán)加載以模擬飛機跑道長期大頻次的動態(tài)負載狀態(tài)，每次試驗周期I個月以上，試驗周期內(nèi)每2分鐘加載一次，以保證實驗結(jié)果穩(wěn)定可靠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗裝置，其特征在于:設置動態(tài)位移監(jiān)測系統(tǒng)，基于立體視覺攝影原理、數(shù)碼攝像機技術(shù)、以及數(shù)字圖像相關(guān)方法，采用非接觸式三維全場位移與應變測試技術(shù)，記錄加載過程中飛機跑道模型路基與基礎的動力響應，位移量程0.1mm,加速度量程lOm/s2，實時監(jiān)測跑道路基的位移、加速度及振動情況。
6.一種牽引式往復循環(huán)飛機荷載模擬試驗方法，其特征在于:采用權(quán)利要求1所述的試驗裝置進行飛機荷載模擬試驗，具體為，首先將混凝土墻體與混凝土底板構(gòu)成試驗裝置的下部基槽結(jié)構(gòu)，飛機跑道模型槽中鋪設路面層、路基以及地基土體，墻體限制路面層、路基以及地基土體的側(cè)向位移，混凝土底板提供底部支撐，框架豎梁、框架縱梁和框架橫梁相連構(gòu)成了試驗裝置的上部支撐體系，輪組安裝在框架縱梁上并可沿其滾動，由牽引裝置提供動力，縱梁兩端設防撞裝置防治碰撞，輪組下設桁架，通過真實飛機輪轂與跑道路面層3相接觸，基槽一端安裝有動態(tài)位移監(jiān)測儀，路面層、路基以及地基土體5內(nèi)埋有土壓力盒，控制系統(tǒng)進行指令輸出與數(shù)據(jù)采集。 正式進行模型實驗時，由控制系統(tǒng)輸入指令，牽引裝置提供動力，控制輪組、桁架、輪轂進行下降、升起、沿縱梁滾動等動作，在路面層上模擬飛機降落、起飛、滑行等工況，并將荷載傳遞到路基及地基中，由動態(tài)位移監(jiān)測儀測定跑道的位移，振動及加速度，由土壓力盒測定跑道中相應位置的動應力，測得的各項數(shù)據(jù)由采集并存儲，最終通過數(shù)據(jù)分析對飛機荷載長期作用下飛機跑道的力學性能及位移變形規(guī)律展開研宄。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型的飛機荷載模擬試驗裝置，特別涉及模擬飛機著陸與起飛對跑道的沖擊力以及滑行對跑道的作用力，用以研究飛機降落、平滑、起飛，加減速等不同狀況對飛機跑道的影響，飛機跑道路基的結(jié)構(gòu)力學性能，以及飛機跑道在加載過程中的沉降變形規(guī)律，預測飛機跑道在長期大頻次動態(tài)疲勞負荷下的使用情況，為飛機跑道的設計提供準確的參數(shù)。
【IPC分類】G01N3-00
【公開號】CN104614226
【申請?zhí)枴緾N201510002817
【發(fā)明人】王鵬, 蔡袁強, 王軍, 谷川 , 郭林
【申請人】王鵬
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月5日