为了研究建立飞机机轮与特性材料拦阻系统(Engineered Material Arresting System,简称EMAS)之间作用力的计算模型,设计建造了专门的实验装置。通过改变机轮尺寸、运动速度、负重、轮胎胎压,泡沫材料的厚度与强度等参数,开展了大量实验,发现了泡沫材料在机轮碾压下的一些物理现象,获得了实验数据。在这些实验结果的基础上建立了拦阻力模型,并对模型的准确度进行了验证。研究表明:1)机轮运动速度对拦阻力的影响较小;2)被机轮碾压后材料是处于压透状态还是处于未压透状态对拦阻力有重要影响;3)泡沫材料的强度水平对拦阻力的影响是复杂的,增加材料强度可能降低拦阻力;4)建立的拦阻力模型较好地反映了实验现象;5)在实验范围内,模型对机轮所受拦阻力计算结果相对偏差的平均值小于10%,最大相对偏差为17%。
为了研究特性材料拦阻系统(Engineered Material Arresting System,EMAS)的动力学模型,创造性地研究了泡沫混凝土材料的力学特性,建立了机轮/拦阻材料之间的静力学模型和拦阻系统的动力学模型,设计建造了专门的实验装置并用B737飞机对模型进行了试验验证。本研究提出的双侵彻实验方法可以较好地表征材料的力学性能;设计建造的台架实验装置能够研究机轮对拦阻材料的碾压机理;建立的机轮/拦阻材料间力学模型和飞机拦阻动力学模型通过了一系列试验验证。以该研究为基础形成EMAS产品,已经在8家机场安装了9套,创造直接经济效益2.9亿元。
特性材料拦阻系统(Engineered Material Arresting System,EMAS)是减轻民航飞机因冲出跑道带来的安全危害的地面设施。恰当地表征EMAS所用的泡沫混凝土材料的力学性能对于建立和验证拦阻力数学模型具有重要意义。然而,因材料力学行为的特殊性和拦阻工况的特殊性,传统的材料压缩性能测试方法不适用。本研究分析了拦阻工况的特点,研究了这类材料在类似工况下的压缩行为,提出了专门针对这类材料的压缩性能测试方法,即双侵彻实验法。采用该方法得到的压缩曲线较好地表征材料的压缩性能,满足建模需要。侵彻实验中压头下材料的溃缩具有高度的局部性,应变的概念不再适用,而应采用位移来表征压缩程度。研究表明材料的弹性对于拦阻力是有害的,应将其控制在很低的水平。
