湿滑道面水膜厚度预测及飞机临界滑水速度的研究

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飞机在积水跑道上降落时容易产生滑水行为进而引发安全事故,但现有的检测设备测得的摩擦系数并不能很好地反映积水道面的抗滑能力。世界民航组织提出采用积水道面的水膜厚度作为新的安全控制指标来间接反映机轮在积水跑道上的抗滑性能,但现有的水膜厚度检测设备难以进行大面积的实时检测,且关于水膜厚度对飞机滑水行为影响的研究还缺乏定量的计算方法。为此,本文通过人工降雨试验建立了水膜厚度预测模型来计算机场道面水膜厚度分布,通过机轮滑水的有限元模型建立了临界滑水速度修正公式来定量分析水膜厚度对飞机滑水行为的影响;结合水膜厚度预测模型和临界滑水速度修正公式建立了临界滑水速度预警模型来判断降落在积水道面上的飞机是否存在漂滑风险。首先,通过人工降雨试验,获取水膜厚度及其影响因素的原始数据,采用灰关联法分析各因素对水膜厚度的影响规律,然后采用多元线性回归、神经网络、支持向量机、随机森林和XGboost等五种方法构建了水膜厚度预测模型,通过比较各预测模型的预测精度和运算速度,确定了最优的水膜厚度预测模型为神经网络模型。再通过表面排水试验,比较沥青道面和水泥道面表面排水能力的差异,对水膜厚度预测模型的构造深度项进行了修正,得到了适用于水泥道面的水膜厚度预测模型。其次,利用Abaqus软件,结合欧拉-拉格朗日(CEL)流固耦合算法,建立起机轮滑水的有限元模型,分析在不同水膜厚度、机轮胎压、滑移率下临界滑水速度的变化规律,采用极差分析法和方差分析法确定了这三种因素对临界滑水速度的影响程度,建立了临界滑水速度修正公式。通过对比分析发现,相比于已有的临界滑水速度公式,本文中的修正公式精度有了明显的提高。最后,结合修正后的水膜厚度预测模型和临界滑水速度修正公式,建立了临界滑水速度的预警模型,为便于进一步的研究和应用,编写了预警模型的程序。依托内蒙古通辽机场的检测项目,根据现场测得的机场道面参数,结合预测模型计算出最大降雨强度下机场道面的水膜厚度分布,对常见机型的滑水行为进行了分析,验证了采用预警模型来评估是否会漂滑风险的可行性,为预防飞机因机轮滑水而出现安全事故提出了新的解决思路。
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