1、 实 验 技 术 与 管 理 第 40 卷 第 8 期 2023 年 8 月 Experimental Technology and Management Vol.40 No.8 Aug.2023 收稿日期:2023-02-25 修改日期：2023-05-18 基金项目:国家自然科学基金项目（52308470）；国家重点研发计划项目（2022YFC3102902）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2023-JC-YB-375）作者简介:张俊（1989）男，河南新蔡，博士，讲师，主要研究方向为机场道面工程，zhangjun_。引文格式:张俊，许巍，全泽群，等.飞机荷载模拟加载车设计与应用J.实验
2、技术与管理,2023,40(8):141-148.Cite this article:ZHANG J,XU W,QUAN Z Q,et al.Design and application of aircraft load simulation loading vehicleJ.Experimental Technology and Management,2023,40(8):141-148.(in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/T DOI:10.16791/ki.sjg.2023.08.021 飞机荷载模拟加载车设计与应用 张 俊1，许 巍1，全泽群2，王
3、江2，李景赟1，左世昊1，陈铁友3，王永林4（1.空军工程大学 航空工程学院，陕西 西安 710038；2.空军后勤部，北京 100009；3.95666 部队，四川 成都 610000；4.95538 部队，四川 成都 611430）摘 要：为真实模拟飞机荷载对机场道面的作用，该文在总结已有相关设施设备特点的基础上，设计了飞机荷载模拟加载车，并结合真实飞机加载的现场试验道面结构层土压力数据对加载车仿真效果进行分析。结果表明：加载车载重系统最大可达 50 t，可模拟现役主起落架为单轮、双轮及四轮构型的飞机加载效果。装载单个机轮时，加载车对主起落架为单轮构型的飞机仿真效果好，但由于多轮对道面的叠
4、加作用效应，对主起落架为六轮构型的飞机只在加载点正下方仿真效果较好。为真实模拟主起落架六轮及以上构型的飞机加载效果，仍需设计尺寸及加载能力更大的加载车。关键词：机场道面；飞机荷载；模拟加载；专用车辆；足尺试验 中图分类号：U273 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2023)08-0141-08 Design and application of aircraft load simulation loading vehicle ZHANG Jun1,XU Wei1,QUAN Zequn2,WANG Jiang2,LI Jingyun1,ZUO Shihao1,CHEN Tieyou
5、3,WANG Yonglin4(1.College of Aeronautical Engineering,Air Force Engineering University,Xian 710038,China;2.Air Force Logistics Department,Beijing 100009,China;3.PLA Unit 95666,Chengdu 610000,China;4.PLA Unit 95538,Chengdu 611430,China)Abstract:In order to realistically simulate the effect of aircraf
6、t load on the airfield pavement,this paper designs an aircraft load simulation loading vehicle based on the existing facilities and equipment,and analyzes the simulation effect of the loading vehicle test pavement structural layer soil pressure data with real aircraft loading.The results show that t
7、he loaded onboard heavy system can reach a maximum of 50 t,which can simulate the loading effect of all active aircraft with single wheel,double wheels,and four wheels configurations of main landing gears.When loading a single wheel,the loading vehicle has a good simulation effect on the aircraft wi
8、th a single wheel configuration of the main landing gear.However,due to the superposition effect of multiple wheels on the pavement surface,the simulation effect on a six wheels configuration aircraft with a certain main landing gear is only close to that directly below the loading point.In order to
9、 truly simulate the loading effect of aircraft with six or more main landing gear configurations,a loading vehicle with larger size and loading capacity is still needed.Key words:airfield pavement;aircraft load;simulate loading;special vehicle;full scale test 机场道面的主要作用是保障飞机的安全起降，飞机起落架和机轮传导的荷载是道面所承受的
10、最重要的作用力之一，因此精确模拟机轮的加载效果是工程人员重点关注的问题1-2。直接使用真实飞机进行加载的效果是最佳的，然而，综合考虑飞机协调调度、飞机安全保障、造价、操作难度等因素，在机场道面研究中使用真实飞机加载并不是理想的选择。通常，真实飞机加载仅用于开展专项验证或从属试验 2-4。模拟飞机对道面的作用，其难度主要体现在两个方面：一是飞机载重大、胎压高；二是飞机接地速度142 实 验 技 术 与 管 理 大5-7。在道面特性（除抗滑性外）研究中，飞机的载重和胎压是比速度更重要的关注点8-9，这可从飞机在道面上运行过程的分析中得到，飞机的典型运行场景包括：静止停放和低速滑行；离地前加速起飞和
11、接地后减速滑跑；接地。在静止停放和低速滑行时，主要是竖向静载在道面上产生荷载；在离地前加速起飞和接地后减速滑跑时，飞机的速度仍较大，会受到升力作用，所以飞机对道面的竖向作用力会减小，并且会产生水平向作用力；在正常操作下，飞机即将接地前会处于平飘状态，对道面的作用力小于静荷载。在道面设计中一般不考虑粗暴着陆的冲击荷载，以静载为基础，引入动载系数，将动载转换为静载10-12。在机场道面研究中，飞机加载效果的模拟主要集中在对荷载的模拟，实现方法包括固定场地式和移动式。固定场地式是指加载设备只能在一个有限范围内运动，用于加载的场地可做成环形，例如美军水道试验站（Waterways Experiment
12、 Station，WES），现已并入 美 军 工 程 师 研 发 中 心（Engineer Research and Development Center，ERDC），环形加速加载设备的半径为 15.2 m，绕圆心往复加载。此外，该设备还可做成直线形，例如美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration,FAA）的 国 家 机 场 道 面 测 试 设 施（National Airport Pavement Test Facility，NAPTF），可沿 274 m 的直线往复加载13-14。固定场地式的优点是加载效率高，配重和速度易调节，缺点是场地固定，无法开
13、展现场试验。相比之下，移动式加载设备则具有很大的灵活性。基于重型车辆模拟器（heavy vehicle simulator，HVS）的加速加载设备，例如 FAA 和 ERDC的 HVS-Airfield（HVS-A）和 HVS-Titan15-17。该设备加载效率高且运用灵活，但购置和运行成本高，而且由于宽度尺寸限制，目前最多只能布置两个加载轮，加载能力最高为 54 t，与重型飞机的实际情况仍有较大差距8,14。飞机荷载模拟加载车原理简单，直接采用实际飞机机轮与机轮构型（模拟主起落架荷载），在其上方的车厢装配配重，即可达到实际飞机起落架荷载，例如美军 C-17 和 F-15 飞机荷载模拟加载车
14、18-20。该方法造价低、操作简便，飞机实际荷载仿真的效果较好，是较理想的飞机荷载模拟施加方法21-23。随着我国新型飞机的服役和民航业的高速发展，对飞机荷载的加载需求也越来越多。然而，目前我国仅有几所科研院所自行建设或引进过针对公路的环道设施和 HVS 设备，对于多轮构型重型飞机和高胎压飞机的加载设备研究和探索较少24-27。为此，本文梳理现有的飞机荷载的模拟加载设备，提出面向我国多种典型主起落架荷载的飞机模拟加载车设计方案，并通过两次现场试验的数据分析了该型加载车的仿真效果。1 飞机模拟加载设备综述 1.1 固定场地加载设备 针对飞机荷载的固定场地加载设备主要包括：美国国家航空航天局（NA
15、SA）兰利研究中心的飞机着陆动力学设施（aircraft landing dynamics facility,ALDF）；WES 的环形加速加载设备；FAA 的NAPTF。1.1.1 ALDF ALDF 建于 1956 年，并于 1985 年进行了扩建改造，总计花费约 1 940 万美元，完成改造后，测试车的最大加载能力超过 30 t。在设备运行时，储气装置提供气体并在储水罐中形成高压水，高速冲击测试车，驱动测试车沿长度 853 m 的轨道行驶，最大加速度可达 20 g（g=9.8 m/s2），最大运行速度可达 402 km/h。ALDF 对飞机荷载和速度的模拟效果较好，取得了丰硕的成果，如刚
16、性机场道面中常用的刻槽法防滑措施和子午线轮胎的实验验证。在正常运行的情况下，NASA 每次运行费用可控制在 50 美元以内28-32，但建造费用高和试验难度大的特点使其不易推广。由于在该设施开展的研究项目较少，为节约维护成本，该设施已于 2015 年 10 月拆除。1.1.2 环形加速加载设备 环形加速加载设备由 WES 于 1971 年建成，设备圆形轨道的内半径 8.5 m、外半径 15.2 m，试验段宽度 6.7 m，加载设备最大加载质量 22 t，最大负载时加载速度达 48 km/h，加载效率较高。然而，由于其试验段构型和加载能力限制，试验段受力特性与实际机场道面存在较大差异。此外，该设
17、备也无法用于对已完工的机场道面进行加载测试，目前应用较少。1.1.3 NAPTF NAPTF 由 FAA 于 1999 年建成，可加载试验段总长 274 m、宽 18.3 m，最大加载质量 485 t，最多可配置 20 个测试机轮（每侧 10 个），每个车轮配重可单独调节，最大质量达 28 t，对飞机荷载的模拟效果较好。NAPTF 设施自建成以来，已完成 8 期足尺试验，对刚性和柔性道面均进行了大量研究，并取得显著成果。目前，正在进行第 9 期试验，研究主题包括：FAARRFIELD 疲劳模型修订和集料基层厚度敏感性、土工合成材料对道面性能影响、水泥处置透水基层性能和柔性道面超载标准制定13-
18、14。1.2 可移动加载设备 飞机荷载的可移动加载设备主要包括 FAA 和ERDC 的 HVS-A，以及 WES/ERDC 的各型飞机荷载模拟加载车。张 俊，等：飞机荷载模拟加载车设计与应用 143 1.2.1 HVS-A HVS-A 在南非 HVS-Mk-IV 基础上改进而来，也被称为 HVS-Mk-V。设备最大加载能力 44 t，加载轮运行长度最大 12 m、宽度 1.8 m，可配置成双轮加载，加载速度最大可达 20 km/h，加载区域可封闭进行温度和湿度等环境控制8。HVS-Titan 是 ERDC 在与Dynatest 公司合作开发的基础上推出的，最大加载能力达 54 t、最大加载行程
19、达 23 m，每天可加载 18 000 次。该设备可模拟飞机着陆时对道面的垂直冲击荷载33。1.2.2 飞机荷载模拟加载车 1942 年美军开始使用飞机荷载模拟加载车开展现场试验，使用过的模拟加载车包括 Tournapull A-3铲运机、B-52 飞机模拟加载车、F-4 飞机模拟加载车、C-5A 飞机模拟加载车、C-17 飞机模拟加载车和 F-15飞机模拟加载车等。这些模拟加载车通常直接采用模拟机型的真实机轮与机轮构型，载重也按照飞机主起落架实际荷载配置。例如：模拟 B-52 飞机的加载车配重 12.7 t，轮胎压力 2.07 MPa；模拟 F-4 飞机的胎压达 2.76 MPa；模拟 C-
20、5A 飞机的加载车配重超过 90 t；模拟 C-17 飞机的加载车使用实际飞机的单个主起落架构型，配置 6 个机轮，配重达 116 t，以模拟 C-17在最大质量运行时的情况。美军在机场道面研究中重视足尺试验和现场试验，几乎在每个相关研究项目中均使用相应机型的模拟加载车开展往复通行试验1,15-23。各类型飞机荷载模拟加载设备特性如表 1 所示。基于现有各设备特性对比分析，并综合考虑仿真效果、建设成本、运行成本和操作难度等因素，模拟加载车是较为合适的实现方式。因此，本文提出了适用于我国多种典型飞机的荷载模拟加载车设计方案。表 1 飞机荷载模拟加载设备特性 运行 场地 设备类别 典型代表 运行组
21、织 加载能力 试验段尺寸优点 缺点 固定式 环形加速加载设备 WES 环形加速加载设备 WES（现 为 ERDC）最大质量 22 t，最大速度 48 km/h 试验段宽度6.7 m 加载效率高 环形试验段受力特性与实际道面相差大，无法加载已有道面 直线形加载设备 ALDF NASA 最大质量 30 t，最大速度 402 km/h试验段长度853 m 能同时模拟重载与飞机接地速度 建设和运行成本高，试验难度大，无法加载已有道面 NAPTF FAA 最大质量 485 t，最多配置 20 个机轮试验段长度274 m，宽度 18.3 m 尺度大，可按照实际飞机构型完整模拟飞机主起落架荷载 建设和运行成
22、本高，无法加载已有道面 可移 动式 HVS HVS-A 和 HVS-Titan FAA 和 ERDC 最大质量 44 t，最大速度 20 km/h 加载段长度12 m，宽度1.8 m 节约人力，加载区域可封闭进行环境控制 建设、运行成本高，宽度限制最多两个机轮，加载长度也受限 模拟加载车 B-52、C-5A、C-17、F-15 等加载车 ERDC（含WES）按照实际飞机主起落架荷载配置 无限制 仿真效果好、成本低、操作灵活简单 加载效率一般，运行时需要人工操作牵引车 2 飞机荷载模拟加载车设计 考虑到加载能力、造价、转场、简便性和安全性等因素，在加载能力方面模拟加载车应满足以下要求：具备四轮构
23、型运输机单侧主起落架的加载能力，配重装载方便；可兼顾其他双轮或单轮构型飞机的使用要求；加载轮方便更换、尺寸适宜；具备转向和刹车功能，方便公路和铁路转运；运行时可采集加载轮荷载和行进速度。2.1 总体方案 按照上述要求设计的模拟加载车总体方案如图 1所示。加载车空载工况下总质量约 10.4 t，包括载重、车架、升降液压和电子检测系统，以及前后牵引结构等部分。加载车的载重系统上部框架内，可根据不同型号的飞机轮胎进行配重，底部中间安装加载轮，最大可安装机轮直径 1.5 m，并通过更换转接架可适应各种主起落架的飞机轮胎（单轮、双轮和四轮构型）和轮毂。空载工况时载重系统质量约 7 t，共 3 层，可装载
24、 27 块配重块，最大可加载 50 t 的配重块，可满足最大主起落架四轮构型飞机的加载需求。整车空载外形（不包含可拆卸的牵引连接装置）长 5 200 mm、宽 2 500 mm、高 3 036 mm（安装某运输机轮胎时的整车空载外形高度）。在装满配重的情况下，整车高 3 156 mm，全车左右对称，重心基本无偏载。该设计尺寸可满足主起落架为单轮、双轮和四轮构型的机型使用需求，例如：四轮构型（双轴双轮）的运输机，轴距 123 cm，轮距 49 cm；双轮构型的B-737-800 飞机，主轮轮距 86 cm，A-321 的主轮轮距93 cm；六轮构型运输机（三轴双轮），轴距 165 cm，轮距 8
25、4.5 cm。这些机型的所需空间尺寸均小于此加载车设计尺寸。144 实 验 技 术 与 管 理 图 1 模拟加载车设计 2.2 结构系统设计 加载车主要由载重系统和车架系统构成。其中，载重系统包含加载轮、轮胎转接架、轮辐式压力传感器、载重大梁、框架板、导套和配重块等；车架系统主要包含牵引转向前轴、液压泵站安装架、导向柱、车体大梁框架、液压传动系统、牵引转向后轴和整车底盘预留刹车接口。整体采用四轮挂车架支撑承载的结构形式进行布置设计。在满载试验时，通过车架的导向，载重系统的质量载荷全部集中在飞机主轮上，避免车架系统受负载力影响。根据空载运输和满载试验的需要，采用车架导向和载重集中的承载形式，调整
26、承载关系以适应转场和试验的工况。在空载工况下，卸掉轮胎后，将载重系统下放至车架的安全挡板上，此时车架系统支撑载重系统运行；通过液压系统传动将载重系统顶起，获得足够的安装空间后进行轮胎的更换操作；安装完飞机主轮后，液压系统将载重系统放下；飞机主轮着地后，加配重块，满载后，进行试验运输，此时载重系统全部作用于飞机主轮上成为有效负荷。2.2.1 轮胎转接架 单轮构型轮胎转接架是连接轮胎和压力传感器支架的转接件，安装板和压力传感器的底部通过螺钉分别连接于飞机主轮轴和飞机轮胎轮毂。该轮胎转接架整体为焊接结构，车轴采用阶梯式设计，上端面可通过法兰和压力传感器连接，方便拆卸。轮胎转接架可装配多种飞机的轮胎及
27、轮毂，通过更换飞机连接轴进行适配。转接架主体使用 Q550E 的钢板拼焊而成，主轴和轴套的材料选用 40Cr。当使用双轮和四轮构型时，转接架可设计为相应对称结构，以满足双轮和四轮安装需求。2.2.2 轮辐式压力传感器 使用 4 个 20 t 量程的轮辐式压力传感器，总量程达 80 t。传感器的底部和上方分别设计有支撑板和转接板。传感器底面布有 8 个 M8 通孔，通过螺钉与支撑板螺纹孔进行固定。传感器顶部负载面设有 M30 螺纹孔，转接板与负载面贴合后，通过 M30 螺钉连接。2.2.3 载重大梁 载重大梁由Q345E钢板焊接而成，总质量约6.2 t，4 个角均有导套安装板，且前后各安装一块起
28、吊连接耳，用于连接液压传动的链条末端。大梁底部中间有4 个螺纹安装孔，通过螺钉和压力传感器的上盘连接。大梁底部 4 角各有 1 个 M30 螺纹杆，通过大梁上的螺纹孔定位安装。2.2.4 框架板和导套 载重大梁的周围装有 4 块框架板，由钢板和方管拼焊而成。每侧均设计一对开门，开启车门后，叉车可以从侧面装卸配重块。开门配有锁紧装置，用于在整车运输状态下锁紧车门。导套为具有润滑功能的法兰套，带有油槽，并通过顶部的法兰端面与导套支架相连。导套支架安装在载重大梁上的导套安装板上，使用 Q345E 钢板焊接而成。2.2.5 配重块 整车框架内部装有配重块，用于施加载荷。配重块通过钢水浇注而成，外形为
29、1 200 mm600 mm 330 mm，单个质量 1 t，底部设计两个凹槽，方便叉车插入和拿出。顶部有两个凸槽，用于在堆叠配重块叠加放置时与凹槽配合限位。配重块两侧具备吊装接口，方便在吊装时使用。2.2.6 牵引转向前轴和后轴 牵引转向前轴安装在车体框架前梁上，包括回转支承装置和牵引三脚架。加载车通过牵引装置可用大型工程车辆或固定式机械机构牵引行驶，并能在最小转弯半径9.2 m范围内转弯。主体框架材料选用Q345E钢板，车轴选用 40Cr。液压泵站安装在牵引转向前轴的回转支承之上。牵引装置采用双弹簧缓冲机构，能 张 俊，等：飞机荷载模拟加载车设计与应用 145 有效减少车辆起步和制动等工况
30、对加载车的冲击，保护试验的安全性。回转支承装置设有 2 个安全销，当加载车需要转向时，取下安全销；当加载车需要直线牵引往复行驶时，插入安全销，防止在牵引过程中加载车偏转。后轴安装膜片弹簧式制动系统，并预留了刹车气源接口，当气源未接入时，整车制动系统不工作；当接入气源后，即可刹车。2.2.7 车体大梁框架 车体大梁的框架主要由 Q345E 钢板拼焊而成，底部设计两根安全挡板，用于空载停放、转运和安全保护，防止上部载重系统意外跌落。在车体大梁上设有锁紧装置，载重大梁的底部与安全梁表面焊接，并安装有 M30 的螺杆贯穿并伸出安全梁底部，通过调节M30 的锁紧螺母锁紧，避免在不平路面上空载转运时大梁因
31、振动而产生冲击。2.2.8 液压传动系统 液压部分主要由液压油缸驱动，伸出杆的两侧装有两个链轮，链轮与链条配合带动载重大梁上的起吊耳进行举升。为了防止运输过程中链条松动脱落，在链轮的安装轴上安装了链条防脱落装置。2.3 结构强度分析 2.3.1 载荷工况 加载车在空载工况下，载重系统质量 7 t；在满载工况下，载重系统设计质量 50 t。加载车车体框架质量为 3 t。牵引拉力（Fz）为滚动阻力（fF）、坡道阻力（iF）和加速阻力之（jF）和：zfij=cos+sin+FFFFmgf mgm a=+（1）式中：为道面坡度，取四级公路最大值 8；f为滚动摩擦系数，取 0.03；为整车回转质量换算系
32、数，在起步时取 1；a为整车起步时的加速度，取 0.5 m/s2。根据设定的加载车纵向过载 0.5 g、横向过载 0.3 g、垂向过载 2 g、安全系数 2 倍，校核以下 6 种工况。工况：在满载工况时，载重系统质量 50 t，考虑 2 倍载荷安全系数和 2 g 过载，载重系统设计载荷为 200 t。工况：安装一个飞机轮胎时，载重系统加载16 t，考虑 2 倍载荷安全系数和 2 g 过载，载重系统设计载荷为 64 t。工况：整车行驶加速度为 0.5 m/s2，载重系统 50 t，考虑 2 倍载荷安全系数，载重系统设计载荷为 50 t。工况：空载时载重系统掉落，载重系统 7 t，考虑 2 倍载荷
33、安全系数和 2 g 过载，载重系统设计载荷为 28 t。工况：运输工况下，考虑 2 倍载荷系数和 2 倍安全系数，牵引设计拉力 43.76 t。工况：在车辆行驶状态下，4 个轮胎受横向过载，载重系统 50 t，考虑 2 倍载荷安全系数和 0.3 g 横向过载，载重系统设计载荷为 30 t。2.3.2 强度校核与变形协调分析 使用 ABAQUS 软件对不同工况下加载车各系统的强度和变形进行仿真模拟，并对结果进行校核分析。1）满载工况下载重系统强度校核。在加载车满载时，载重系统的载荷满足工况，载重系统设计载荷为 200 t，最大应力约 300 MPa，出现在载重系统下方的车轮连接板处，载重系统主体
34、应力均低于 50 MPa。在该工况下，结构在该工况下所受最大应力低于其材料屈服应力 345 MPa，结构强度满足要求。此外，在该工况下，载重系统最大变形（所有变形方向，下同）2.15 mm，结构刚度满足要求。2）轮胎转接架强度校核。轮胎转接架的载荷满足工况，转接架设计载荷为 64 t。轮胎连接轴和轴套材料使用 40Cr，屈服强度785 MPa，转接架的材料为 Q550，屈服强度 550 MPa。在该工况下，转接架最大应力约 700 MPa，出现在轴套与轴接触的内表面，在该位置轴套受压。除轴套与轴以外的结构，最大应力大于 550 MPa，但此处结构受压，并不会发生破坏，其他部位应力均小于 550
35、 MPa，结构强度满足设计要求。在该工况下，轮胎连接轴的最大变形为 13.85 mm；使用载荷 16 t 的工况下，轮胎连接轴的最大变形为 3.5 mm。3）导向柱强度校核。在车辆行驶状态下，导向柱的载荷满足工况，其设计载荷为 50 t，即 4 个导向柱承受 50 t 的横向载荷，最大应力为290 MPa，低于材料屈服应力345 MPa，结构强度满足要求。在该工况下，导向柱最大变形为1.68 mm，出现在导向柱顶端面，结构刚度满足要求。4）安全挡板校核。在载重系统掉落工况下，安全挡板的载荷满足工况，设计载荷为 28 t，最大应力为 133 MPa。在该工况下，结构最大应力低于材料屈服应力 34
36、5 MPa，结构强度满足要求。安全挡板的位移为 1.2 mm，出现在挡板的中心位置，结构刚度满足要求。5）牵引连接装置强度校核。在运输工况下，牵引连接装置的载荷满足工况，设计载荷为 43.76 t，牵引连接装置的最大应力低于345 MPa，大面积应力低于 100 MPa。牵引连接座最大应力 155 MPa，低于材料屈服应力 345 MPa，结构强度满足要求。在该工况下，牵引连接装置最大变形为0.6 mm，结构刚度满足要求。6）车轮支架的强度校核。在车辆行驶状态下，车轮支架的载荷满足工况，146 实 验 技 术 与 管 理 设计载荷为 30 t，最大应力为 240 MPa，低于材料屈服应力 34
37、5 MPa，结构强度满足要求。在该工况下，车轮支架最大变形为 1.944 mm，结构刚度满足要求。7）整车变形协调分析。在满载工况下，载重系统的载荷满足工况，载重系统使用载荷为 50 t，考虑 2 倍载荷安全系数，加载载荷 100 t。该工况下，限位板与导向柱的整体变形协调，限位板与导向柱在 X 和 Z 方向的位移一致，两者接触部位的最大位移分别为 0.01 mm（X 方向）和0.02 mm（Z 方向）。尽管这两个方向的位移较小，但不存在卡住的情况，限位板在 Y 方向沿导向柱滑动的最大位移为 0.7 mm，满足结构安全使用要求。3 飞机荷载模拟加载车应用 飞机荷载模拟加载的两次试验中，均涉及真
38、实飞机的加载。第一次试验使用某型战斗机，该机型主起落架为单轮构型，单轮荷载 10.5 t，胎压 1.3 MPa，飞机和加载车均以牵引的方式通行，试验道面为水泥混凝土抢修道面（包括玻璃钢道面板和拼装式金属道面板，非水泥混凝土道面板）。借鉴上海浦东机场、承德普宁机场和美国丹佛机场等国内外机场道面结构响应监测方案34-35，在道面板下方结构层埋设了静土压力盒，如图 2 所示。第二次试验使用某型运输机，该机型主起落架为多轮构型。由于该机型机轮获取难度大，试验时仅装载了单轮，单轮荷载 12 t，胎压 0.8 MPa，加载车为牵引的方式通行，飞机则采用自滑行方式通过，试验道面为土质道面，在道面下方结构层埋
39、设了动态土压力盒，如图 3 所示，图中 2200 和 2300 表示所标识的结构层内共埋设了两层土压力盒，每层厚度为 200 mm 和 300 mm。在道面下方一定深度范围内埋设静、动态土压力盒，可以在飞机和加载车通过时，获取道面基层和土基层压力数据，以该数据为基础，分析飞机荷载模拟加载车的仿真效果。图 2 主起落架单轮构型传感器设计图 图 3 主起落架多轮构型传感器设计图 主起落架单轮构型试验结果如表 2 所示。由于真实飞机加载次数有限，加载车共通行了 1 000 次以上，前几十次加载采集的数据非常接近，鉴于飞机在实际通行时未加载道面，因此使用的数据为前几次加载数据的平均值。结果表明：在加载
40、车与飞机分别作用下，不同结构层不同位置处的压力基本相同。其中，加载车作用下略大，原因在于加载车配重块为标准件，试验时共装载了 4 块质量 1 t 的配重块，加载车空载时载重系统质量 7 t，共计 11 t。相比之下，飞机的实际单主轮质量 10.5 t，两者的差值为 0.5 t。因此，带有真实飞机机轮及其构型（载重、胎压）的加载车能够较好地模拟主起落架单轮构型的飞机荷载。表 2 主起落架单轮构型试验结果 传感器代号 结构层深度/cm 应力/MPa 飞机 加载车 SP-1 60 0.13 0.14 SP-2 60 0.02 0.02 SP-3 40 0.45 0.46 SP-4 40 0.03 0
41、.03 SP-5 20 1.06 1.08 SP-6 20 0.04 0.04 SP-7 0 2.35 2.40 SP-8 0 0.05 0.06 在主起落架多轮构型试验中，真实飞机的单侧主 张 俊，等：飞机荷载模拟加载车设计与应用 147 起落架采用三轴六轮构型。由于实体机轮较难获取，飞机荷载模拟加载车仅能按单轮实际条件模拟单轮作用。在该六轮起落架中，双轮轮心左右相距 84.5 cm，在加载时将模拟加载车轮迹中线与飞机主起落架外侧机轮的轮迹线重合。选取 P11、P13、P17、P18 和 P19传感器数据进行分析，对比其横向和纵向模拟效果。在加载车与飞机通行时采集的典型动态土压力，如图4 所
42、示。在整个模拟过程中，压力最大值如表 3 所示，表中的负值表示受压，需要注意的是，与单轮构型试验相同，表中所选数据为前几次加载数据的平均值。由图 4 可知，动态土压力盒能反映加载的状况。加载车与飞机主起落架通过时间大致相同（约 4 s）；飞机主起落架由 3 排机轮组成，因此飞机运行速度快。加载车作用下，深度越深，横向距离加载点越远，压力越小。由表 3 可知，在竖向上，加载车作用下土压力变化规律与飞机相同，数值相近（相对误差在 12%以内），但略小于飞机作用。然而，在横向上，加载车 图 4 动态土压力数据 表 3 加载过程中土压力最大值 传感器代号 结构层深度/cm 应力/MPa 飞机 加载车
43、P11 100 0.04 0.04 P13 70 0.09 0.08 P17 40 0.23 0.23 P18 40 0.16 0.11 P19 40 0.23 0.22 作用效果与飞机完全不同，这是因为实际的飞机主起落架为三轴六轮构型，机轮前后相距 165 cm，左右相距 84.5 cm，相互间会产生叠加作用。因此，虽然加载车的加载轮与单个机轮的实际载重和胎压相同，但由于起落架中机轮相互叠加的效应，飞机作用下加载点正下方的土压力（P11、P13 和 P17）会稍大于加载车；在横向上，由于飞机起落架有一排机轮，飞机作用下加载点侧向的土压力（P18 和 P19）会远大于加载车。这说明仅使用单个机
44、轮模拟多轮构型飞机，在作用点正下方的效果是可行的（误差可通过修正系数调整），但在作用点横向偏移处会产生较大误差。因此，为更好地模拟多轮起落架构型飞机的作用效果，需要使用实际起落架的完整机轮构型作为加载车加载轮，在后续机轮可用时，可在此型加载车基础上继续设计主起落架六轮构型飞机的模拟加载车。4 结语（1）在两次现场试验中，采集的土压力数据表明：由于所用的机轮、载重和胎压与真实飞机相同，此加载车对于采用单轮构型的某战斗机的荷载模拟效果较好；由于只装配了单个真实机轮，因此在采用三轴六轮构型的某型运输机主起落架的荷载模拟方面仅能在加载点的正下方获得较好的模拟效果。在偏离正下方的区域，多个机轮的叠加效应
45、使得加载车的模拟效果较差。（2）为达到最佳模拟加载效果，需要确保加载车的加载轮在数量、载重、胎压和位置等参数上与实际飞机主起落架的机轮匹配。为实现对主起落架六轮及以上构型的飞机加载效果的真实模拟，下一步的工作需从尺寸和加载能力上改进加载车。参考文献(References)1 RUSHING T W.The Evolution of accelerated pavement testing for US Military Airfield pavements at the waterways experiment stationC/Accelerated Pavement Testing to
46、Transport Infrastructure Innovation.Heidelberg:Springer,2020:238247.2 ZHANG J,XU W,GAO P W,et al.Full-scale test on emergency repair pavement under airplane loadingJ.Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Transport,(2022-02-02)2023-02-20.https:/doi.org/10.1680/jtran.21.00049.3 WYNAND J.Fu
47、ture APTthoughts on future evolution of APTC/CHABOT A,HORNYCH P,HARVEY J,et al.Accelerated Pavement Testing to Transport Infrastructure Innovation:Proceedings of 6th APT Conference.Heidelberg:Springer,2020:708717.4 STACHE J M,GONZALEZ C R.Use of heavy vehicle simulator-aircraft in the development of
48、 the CBR-Beta procedureC/CHABOT A,HORNYCH P,HARVEY J,et al.Accelerated Pavement Testing to Transport Infrastructure 148 实 验 技 术 与 管 理 Innovation:Proceedings of 6th APT Conference.Heidelberg:Springer,2020:458466.5 Air Force Civil Engineer Suport Agency.Criteria and guidance for C-17 contingency and t
49、raining operations on semi-prepared airfields:ETL 97-9(1997)S.1997.6 MEDZORIAN J,LINDSLEY N.Fatigue life predictions of F-16 main wheelsC.Aerospace Atlantic Conference,Dayton,1996.7 National Institute of Building Sciences.Pavement design for airfields:UFC 3-260-02(2001)S.2001.8 DU PLESSIS L,ULLOA-CA
50、LDERON A,HARVEY J T,et al.Accelerated pavement testing efforts using the heavy vehicle simulatorJ.International Journal of Pavement Research and Technology,2018,11(4):327338.9 ZHANG J,WENG X,YANG B H,et al.Bonding characteristics of grouting layer in prefabricated cement concrete pavementJ.Construct
