基于适航的小型飞机轮胎和机轮的选型方法

马刚　李淑萍　马宏图　杜量

摘要：小型飞机轮胎和机轮的规格一般与飞机重量相关，在进行轮胎选型时可参考GB/T 9746航空轮胎系列或者参考轮胎和机轮制造商提供的产品手册。为进行小型飞机轮胎和机轮的选型，文章分析适航规定CCAR-23-R3中对飞机轮胎和机轮的性能要求，给出对应的性能标准，提出可用于小型飞机的轮胎和机轮的选型方法。

关键词：小型飞机；适航条件；轮胎；机轮；选型方法 文献标识码：A

中图分类号：V226 文章编号：1009-2374（2016）19-0012-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.006

安装于飞机起落架的轮胎和机轮，起到对飞机的支撑、转向，降落时吸收能量等功能。适航是为保障飞机安全而制定，在民用飞机设计中必须遵守。文章以《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》（CCAR-23-R3）（下文简称CCAR23）中规定的性能要求，对符合CCAR23的小型飞机轮胎和机轮的选型方法进行研究。文中飞机假定为常规布局，前三点式起落架，每个起落架一套轮胎和机轮。

1 轮胎和机轮介绍

小型飞机轮胎和机轮的规格一般跟飞机重量相关，在进行轮胎选型时可参考GB/T 9746航空轮胎系列或者参考轮胎和机轮制造商提供的产品手册。

1.1 轮胎

小型飞机轮胎分为有内胎航空轮胎和无内胎航空轮胎，无内胎航空轮胎更安全，拆装方便、运营成本低。同样尺寸的航空轮胎承载能力与轮胎层级相关。航空轮胎的尺寸表示方法为：轮胎的外直径×轮胎的断面宽度-轮辋着合直径。

1.2 机轮和刹车

小型飞机机轮材料主要有锻铝合金和铸镁合金。与铸镁合金机轮相比，锻铝合金机轮抗疲劳性好、耐腐蚀性好，但重量较重。航空机轮的尺寸表示方法为：机轮轮辋宽度×机轮轮辋直径。

主起落架机轮安装有刹车。刹车是主起机轮的配套产品。轮胎以及刹车的刹车片为耗材。

2 适航规定的性能要求

CCAR23对飞机轮胎、机轮、刹车的性能要求，有主轮胎、前轮胎的静态额定载荷，前轮胎的动态额定载荷，机轮的最大静载荷额定值，最大限制载荷额定值，刹车的刹车能量。这些性能要求可通过CCAR23提供的分析计算方法，结合飞机本身的参数求得。

2.1 轮胎载荷要求

CCAR2323.733（a）（1）要求轮胎静态额定载荷不应小于飞机最大重量时轮胎受到的地面的静反作用力。通过静力学原理，得到单个主轮胎地面静反作用力Fm1=（a1W）/d/2，其中a1为前轮胎与重心后限的距离，W为飞机最大设计重量，D为前主轮距。前轮胎地面静反作用力Fa2=（b2W）/d，其中b2为重心前限与主轮胎的距离。

前轮胎受到的动态载荷是飞机刹车时产生的。根据23.733（a）（2），得到计算动态载荷时飞机状态如图1所示，按此状态通过静力学原理得到前轮胎的地面静反作用力F3=（0.31h+b2）W/，前轮胎的动态额定载荷应大于该值。

2.2 机轮载荷要求

CCAR23 23.731（a）要求的机轮的最大静载荷额定值，与2.1节的轮胎静态额定载荷的计算方法相同。23.731（b）要求机轮最大限制载荷额定值，应不小于通过飞机地面载荷确定的机轮的最大径向限制载荷。这里的地面载荷是作用在飞机结构上的外载荷和惯性力。CCAR23提供了几种飞机典型着陆情况下起落架地面载荷的分析方法与计算公式，再通过对比确定出机轮的最大径向限制载荷。

CCAR23 23.479、23.481、附件C提供的地面载荷计算公式列于表1中第1、3、5项，而对于23.479（c）及其对应的附件D，用保守方法得到的阻力方向载荷列于表1中第2、4项。通过CCAR2323.483、23.485、23.493、23.499的陈述可求得其余地面载荷，分别列于第6、7、8、9项中。式中V为竖直方向载荷，D为阻力方向载荷，n为用于设计的限制惯性载荷系数，n≥2.67，L为假定的机翼升力与飞机重力之比，L≤0.667。系数K是W的函数，0.25≤K≤0.33。飞机有斜反力的水平着陆情况的受力情况下机轮及重心位置关系如图2所示，根据附件C有a′/d′=（a-Kh）/d，b′/d′=（b+Kh）/d，a为前轮与重心距离，b为重心与后轮距离。

飞机降落时机轮径向载荷为竖直方向载荷与阻力方向的载荷的合力，机轮径向载荷。保守分析，假定着陆时均无升力，有L=0。根据表1中各式参数的取值范围，通过比较法比较每种荷情况机轮径向载荷大小。得到单个主起机轮最大径向限制载荷，前起机最大径向限制载荷

1.28nW（b+Kh）/d。

2.3 刹车动能

CCAR23 23.735对刹车动能吸收的要求，可直接按其提供的公式计算KE=（0.0135WV2）/N。KE为每个机轮的动能，V为飞机速度，N为装有刹车的主轮个数。

3 其他性能要求

飞机的轮胎和机轮的性能还须满足其本身和飞机的一些基本要求。对于轮胎，其额定速度不能小于飞机的最大起飞着陆速度。轮胎的轮辋折合直径与机轮轮辋直径应匹配。若使用无内胎航空轮胎，则须选择支持无内胎轮胎的机轮。对于机轮，虽然CCAR23没有提出对于机轮侧向载荷能力的要求，但是其地面载荷给出了侧向载荷（向内、向外方向），有的机轮制造商能提供一些型号的机轮的侧向载荷参数，若能满足地面载荷中的侧向载荷，会增加所选用机轮的安全性。

4 结语

本文提出了一种小型飞机的轮胎和机轮的选型方法，该方法通过文中的轮胎和机轮的性能标准，通过代入飞机的基本参数，对比相应的产品参数，能便捷地选取符合适航规定CCAR23条款的小型飞机的轮胎和机轮。

参考文献

[1]中国民用航空总局.正常类/实用类/特技类/通勤类飞

机适航规定（CCAR-23-R3）[S].2004.

[2]中国国家标准化管理委员会.航空轮胎系列（GB/T

9746-2013）[S].北京：中国标准出版社，2013.

[3]彭三林，岳开宪.航空机轮刹车技术的发展趋势[J].

航空科学技术，1990，（4）.

作者简介：马刚（1983-），男，辽宁沈阳人，供职于辽宁通用航空研究院，研究方向：通用飞机结构设计。

（责任编辑：黄银芳）