李明星
摘 要：为揭示某小型活塞式固定翼飞机装备的航空轮胎磨损深度的变化规律，本文分析了导致航空轮胎磨损的影响因素，得出航空轮胎磨损深度是一个随时间变化的随机量。在此基础上，利用灰色理论建立轮胎磨损深度的灰色预测模型，并对预测模型精度进行实际数据验证。结果表明：轮胎磨损深度的预测结果准确性高，建立的灰色预测模型能较好地揭示航空轮胎磨损深度随时间的变化规律。
关键词：航空 轮胎 磨损深度 灰色预测
中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（b）-0081-03
Abstract： In order to reveal the variation rule of wear rate for a little piston airplanes tire， the influencing factors of wear were analyzed， which show that the wear rate is a random variables， it will change with used time. On this basis， the grey prediction model of wear rate was established according to grey theory， the accuracy of prediction mode was verified by experiment. The results show that the prediction results of wear rate for tire has a high precision， the grey prediction model can better reveal variation rule of wear rate with used time.
Key Words： Aviation； Tire； Wear rate； Grey prediction
航空轮胎是固定翼飞机，甚至是部分大型旋翼飞机的重要组成部分。由图1可见，起飞重量近百吨的民用航空运输飞机就由几组轮胎组保证其安全起降和地面滑行。由此可见，航空轮胎是飞机和地面之间摩擦力的传递部件和飞机重量的支撑部件。不但要求在起飞和着陆过程中要保证飞机能够安全滑跑和刹车，还必须通过变形，吸收一部分飞机在起降过程中产生的冲击力，承受飞机起降过程中产生的交变应力及热应力。所以说，航空轮胎是受力状况最复杂、使用条件最苛刻、结构最复杂的航空橡胶制品，其性能好坏直接影响飞行安全。航空轮胎磨损导致的最严重后果是轮胎爆胎，轮胎爆胎轻则导致起落装置严重受损，重则导致航空器严重损毁甚至出现空难。例如，协和式超音速客机空难事故，技术调查报告当时认定：该空难是由起落架轮胎爆裂引发的一系列连锁故障所致。
航空轮胎磨损所产生的危害是随着其磨损深度的不断增加而急剧增大。对航空轮胎的磨损情况进行准确的预测，将对制定科学、可靠的航空轮胎维护程序，防止航空轮胎在使用中失效，对保证飞行安全具有重要意义。实际维护中发现：航空轮胎的磨损深度是一个随时间呈非线性变化的随机量，同时影响因素众多。
为此，本文拟根据某航空活塞飞机轮胎磨损深度的实测数据，运用灰色预测理论中的GM（1，1）模型，建立航空轮胎磨损深度随时间变化的预测模型，以此来揭示轮胎磨损深度的变化规律，为科学制定轮胎的维护措施提供理论依据。
1 影响航空轮胎磨损的因素研究
一般来说，飞机使用的跑道状况修建时标准较高，平时维护得力，所以其状况要比汽车使用的公路状况好得多。因此飞机装备的航空轮胎的胎面可以比汽车轮胎设计的更简单，目前的小型航空轮胎被设计成纵向连续、横向断开花纹，所以轮胎胎面纵向刚度大，横向刚度小，轮胎抗滑能力呈现出横强而纵弱。这种花纹轮胎的滚动阻力较小，散热性能好，特别适用于飞机的高速滑跑。
（1）轮胎胎压。轮胎压力过高，则轮胎性能就会变“硬”，轮胎的缓冲性能就差，同时胎冠凸起，与地面接触面积减小，使胎冠磨损速率加大，从而会大大降低轮胎使用寿命。轮胎压力过低时，轮胎性能就会变“软”，变形较大，使轮胎与地面接触面积大增，飞机在滑行中摩擦力很大，同时产生较多热量，使轮胎肩部或侧壁出现磨损，这些地方橡胶较少，极易引起胎面脱落和爆胎，影响飞行安全。
（2）轮胎温度。轮胎中充满了密闭的高压气，满足理想气体状态方程，外界温度或起落频繁导致轮胎温度升高，轮胎胎压也会增大；同理，轮胎温度降低时，轮胎胎压也会减小。在日常维护中，如果发现使用一段时间后的轮胎胎压较高，而胎压升高是由于温度变大造成的，此时一定不能通过放气来减小轮胎胎压。但是如果可以确定，在极热地区充气后马上飞向极冷地区，如冬天由三亚直飞西伯利亚，或者在温度比较高的室内充气后立即在温度很低的室外环境里使用，都要事先预计温度差异，适当改变充气压力，其基本原则是温度每变化3℃其胎压变化1%。
（3）轮胎负荷。如果没有特别说明，航空轮胎规定的胎压都是指无垂直载荷时的轮胎胎压。轮胎没装在飞机上或装在飞机上但被支撑离地，不承受垂直载荷时测量所得的轮胎胎压就叫“无负荷”胎压。装在飞机上，承受垂直载荷时测量得的胎压就是“有负荷”胎压。一般来说，有负荷胎压比无负荷胎压大4%，这是由于航空轮胎在飞机垂直载荷的作用下，轮胎被压缩变形，轮胎的容积变小，轮胎内部的气体受到压缩，从而导致轮胎胎压增大。
因此，轮胎磨损深度是一个受多种因素影响，且随时间变化的随机量。灰色系统认为被预测的变化量受许多因素影响，它是系统各种因素综合作用的结果，表现出一定的规律。系统过去和现在的行为综合反映了各个因素的综合作用，包含着系统未来发展的信息。因此，航空轮胎磨损深度可根据过去和现在的磨损深度信息建立一个由过去引申到将来的灰色模型，从而实现对磨损深度未来发展变化的预测。
2 灰色预测模型GM（1，1）
利用灰色理论，对轮胎磨损深度建立数学模型。由于只有航空轮胎磨损深度一个变量，故采用灰色预测中的GM（1，1）模型，建模程序如下。
（1）设轮胎磨损深度原始离散数列。
3 实际数据验证
以国内通用航空保有量最大的某型活塞式固定翼飞机作为研究对象，结合飞机定检工作，以200 h作为对轮胎磨损深度的测定间隔，每个时间间隔测量得到的10件轮胎磨损的最大深度的平均值作为原始数据，建立灰色预测模型，对轮胎磨损深度进行预测。测量数据见表1。
将表1中的测量数据代入灰色GM（1，1）模型中，计算结果如表2所示。
[1.52 3.06 4.16 5.43 7.06]；
由表2可见，利用灰色理论建立的数学模型对轮胎磨损深度的预测值和实际测量值非常接近，同时误差分析也显示该预测模型具有较高的精度。因此，可以利用离散响应函数式进一步预测活塞使用360个起落时的最大磨损深度，通过计算得到最大磨损深度为9.1933 mm，而實际测得的最大磨损深度为9.62 mm，对其进行误差分析得到：绝对残差为0.4267，相对残差为4.4356%，可以看出预测模型具有很高的预测精度。
4 结语
航空轮胎磨损深度、类型等与飞机实际使用中的诸多因素相关，是这些因素的综合结果，包含了丰富的信息。利用灰色理论，依据轮胎磨损深度的实测数据，建立灰色预测模型来揭示其磨损深度的变化规律。经实际数据验证，运用灰色预测模型对轮胎磨损深度的变化进行研究是可行有效的，它较好地揭示了某型航空轮胎磨损深度随时间的变化规律。
参考文献
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