飞机轮胎爆破模型初步研究

仓馥芝（上海飞机设计研究院，上海，201210）



飞机轮胎爆破模型初步研究

仓馥芝
（上海飞机设计研究院，上海，201210）

轮胎爆破是在航空事故中常见的一种现象，严重影响飞机的运行安全，因此需要对飞机轮胎爆破进行适航认证。飞机轮胎失效模式有多种，原因复杂。本文分析了轮胎爆破的适航审定基础，并对轮胎失效的危害模式进行了初步研究。

轮胎爆破；适航；模型

0　引言

航空轮胎作为飞机和地面之间作用力的传递部件，需要承受飞机起降过程中的巨大冲击，最容易发生爆破。轮胎爆破产生的强大气流或者碎片可能打坏机翼、起落架等重要部件，严重影响飞机运行安全。B737和图-154等飞机都曾发生过因轮胎爆破导致严重事故的案例。

轮胎爆破是飞机适航验证必须考虑的一种特定风险，无论轮胎爆破发生的概率如何，均应保证飞机的飞行安全。飞机轮胎失效模式是开展轮胎爆破适航验证工作的前提。2002年， JAA（美国联邦航空局）发布了《JAA Temporary Guidance Material，TGM/25/8（issue 2） Wheel And Tire Failure Model》，这是第一份轮胎爆破适航指导材料。2013年，EASA（欧洲航空安全局）发布了修正案NPA 2013-02《Notice of Proposed Amendment》。上述两份文件是目前仅有的轮胎爆破适航验证指导材料。本文基于这两份文件，分析和研究了轮胎爆破的适航审定基础和轮胎爆破模式。

1　轮胎爆破的适航审定基础

1.1轮胎爆破定义

FAA修正案25-78中描述，“轮胎爆破是突然的、有时是猛烈的，压力来自轮胎内部，通常与胎内裂缝、外来物体损坏或者轮胎过热/过载有关。FAA认为，轮胎爆破是在飞机轮胎处于恶劣运行化境下偶然发生的，而实际上某些轮胎损伤可能在轮胎破坏前一直未被发现。有鉴于此，安装在轮舱内的设备在合格审定时应评定其承受轮胎爆破影响的能力。要通过分析和试验室试验来确定关键区域，而且经常要进行设计更改以保证单个轮胎爆破不会使关键功能丧失。”

1.2相关的适航规章要求

目前开展民机安全性工作，总的适航条款要求为CCAR（FAR/JAR）25.1309，与轮胎爆破相关的条款有25.729（f）和25.963（e）（1）。

条款25.729（f）的标题是“轮舱内设备的保护”，相关要求为“位于轮舱内且对于飞机安全运行必不可少的设备必须加以保护，使之不会因下列情况而损伤：（1） 轮胎爆破（除非表明轮胎不会因过热而爆破）；（2） 轮胎胎面松弛（除非表明由此不会引起损伤）。”

条款25.963（e）（1）的标题是“燃油箱总则”，相关要求为“油箱口盖必须满足下述准则，以防止燃油的流失量达到危险程度：位于经验或分析表明很可能遭受撞击的区域内的所有口盖，必须通过分析或试验表明，其遭受轮胎碎块、低能量发动机碎片或其它可能的碎片打穿或造成变形的程度已降至最低。”

1.3适航验证指导文件

JAA在2002年发布了TGM/25/8，这是第一份轮胎爆破适航验证指导文件，其中定义了六种爆破模式，分别为：a） 轮胎爆破-起落架放下；b） 轮胎爆破-起落架收上；c） 胎面脱落-起落架放下；d） 胎面脱落-起落架收上或收起中；e） 轮缘脱落-起落架放下；f） 轮缘脱落-起落架收上。

EASA在2013年发布了NPA 2013-02，在AMC25.734中更新了飞机轮胎爆破模式，分别为：a） 轮胎碎片模式；b） 爆胎空气喷流压力效应；c） 甩胎模式；d） 轮缘碎片模式。

2　轮胎爆破模式

无论是JAA TGM/25/8，还是NPA 2013-02，其所定义的轮胎爆破破坏形式都可以分为轮胎碎片、高压气体冲击波、甩胎、轮缘碎片四种。

2.1轮胎碎片

当轮胎与地面接触时，可能会发生轮胎爆破，从而抛射出轮胎碎片。在机轮平面内，轮胎碎片向后可抛射至与地面成一定角度的向后切面，向前则平行于水平地面，同时假定在这段圆弧内被轮胎碎片击中的几率是均匀的。此外，轮胎碎片在任意一侧向上可抛射至与机轮平台成一定角度的区域。

一个部件被轮胎碎片击中的概率，取决于其相对于轮胎所处的位置和轮胎碎片抛射的区域范围。

2.2高压气体冲击波

当起落架收起后，飞机在正常飞行过程中仍然有一定的可能性出现爆胎。这是由于轮胎先前就已经存在的损伤而导致的。轮胎外露表面的任何一个地方都有可能发生这种模式的爆胎。该模式仅仅关注高压气体冲击波的压力效应，不考虑轮胎爆破抛射出的碎片。

2.3甩胎

甩胎模式分为起落架放下和起落架收起两种情形。当起落架放下时，考虑一端附着的脱落胎带与机轮一起旋转.脱落胎带沿与胎面直径相切的直线方向伸展。当起落架收起时，甩胎的情况与起落架放下时的情形一样，但由于起飞后机轮的转速降低，在机轮进入轮舱的时候转速可能会较低或者为零。

2.4轮缘碎片模式

按照JAA TGM/25/8，轮缘碎片模式分为起落架放下和起落架收上两种情况。对于起落架放下状态，轮缘碎片在整个 360°的圆周范围内均可能产生，抛射方向沿机轮轴向在整个0°至20°的范围。对于起落架收上状态，整个轮缘沿近似平行于机轮轴线方向脱落。

按照 NPA 2013-02，轮缘碎片模式只考虑起落架放下情况，理由是起落架收上状态的轮缘碎片模式已被轮胎碎片模式所覆盖，且起落架收上状态的轮缘脱落能量小于或等于小轮胎碎片的能量。

3　结论

轮胎爆破作为一种特定风险，是影响民用飞机安全性的重要因素之一。从JAA TGM/25/8到NPA 2013-02，轮胎爆破模式的研究在不断深入。本文分析和研究了轮胎爆破的适航审定基础和轮胎爆破模式，能够对民用飞机轮胎爆破适航验证工作提供一定的支持。

［1］ 中国民航局.第209号令： CCAR25运输类飞机适航标准［S］. 2011.

［2］ Joint Aviation Authorities.JAA temporary guidance material，TGM/25/08（issue 2），wheel and tire failure model［S］.2002.

［3］ European Aviation Safety Agency.Notice of proposed amendment（NPA）2013-02，protection from debris impacts. 2013.

Preliminary Study on Model of Aircraft Tire Burst

Cang Fuzhi
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai，201210）

Tire burst is common in aviation accidents and incidents，can seriously affects the safety of aircraft operations. Therefore，comprehensive assessment of tire failure is needed in airworthiness certificate.The causes of tire burst are complex and there are many failure modes.In this paper，we analysis the requirements in the airworthiness certification of tire burst，and give a brief introduction of tire failure models.

tire burst；airworthiness；model