一种飞机停放轮挡及其设计方法
【专利摘要】本发明属于航空领域，涉及一种飞机停放轮挡及其设计方法。所述飞机停放轮挡包括轮挡主体（1）、牵引装置（2）、防滑装置（3）。其中，所述轮挡主体（1）由挡块（4）、标牌（5）组成；其中，标牌（5）粘接在挡块（4）左侧斜面上。所述牵引装置（2）由扁头螺栓（6）、环圈（7）、套管（8）、钢丝绳（9）、把手（10）串联而成；其中，牵引装置（2）与轮挡主体（1）通过将扁头螺栓（6）拧入挡块（4）的螺纹孔内实现连接；钢丝绳（9）穿过把手（10）并通过两个套管（8）压扁挤进收头。所述防滑装置（3）由紧定螺钉（11）、衬套（12）、防滑钉（13）组成；其中，防滑钉（13）螺接于衬套（12）内孔，紧定螺钉（11）拧入挡块（4）的螺纹孔内并顶紧衬套（12）；防滑装置（3）安装在挡块（4）的底斜面上。本发明能阻挡飞机的意外移动，有效保证飞机的地面安全停放。
【专利说明】一种飞机停放轮挡及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空地面保障设备【技术领域】，涉及到一种飞机停放轮挡及其设计方法。
【背景技术】
[0002]飞机停放轮挡是常用的地面安全设备，当飞机正常停放时，通常是利用停放轮挡阻挡飞机意外移动，以避免引发航空地面事故。
[0003]现有停放轮挡多为橡胶轮挡、金属管焊接轮挡和沙铸轮挡，这些停放轮挡在坡度、高度和长度的确定上都是凭经验或者是完全效仿现有轮挡，所以具有较大的局限性和随意性。
[0004]近年来，由于飞机停放轮挡阻挡失效，或者由于停放轮挡使用不规范等原因，导致飞机移动或受损造成的地面事故或不安全事件时有发生。据了解，国际上目前没有飞机停放轮挡技术标准和设计指南，国内有关飞机停放轮挡的技术标准、设计方法和指南等资料基本没有。因此，为了确保飞机的地面停放安全，依据飞机停放轮挡的阻挡失效模式，对飞机停放轮挡的设计方法进行研究是很有必要和迫切的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:提供一种能有效防止飞机地面停放时发生推移、爬越、翻滚的飞机停放轮挡。
[0006]另外，本发明还提供该飞机停放轮挡的设计方法。
[0007]本发明的技术方案是:一种飞机停放轮挡，其特征在于:包括轮挡主体1、牵引装置2、防滑装置3，其中，所述轮挡主体I由挡块4、标牌5组成；其中，标牌5粘接在挡块4左侧斜面上。
[0008]所述挡块4为整体铸造成型的四棱台框架结构，其主挡面向内凹陷，形成与飞机轮胎相匹配的挡槽，且主挡面内侧设置有若干加强筋，另外，主挡面与地面的倾角在35?45度之间。
[0009]所述挡块4的主挡面、背面和底面均开设有减重孔。
[0010]所述挡块4背向挡槽的背面底部上安装有若干防滑装置3。
[0011]所述防滑装置由紧定螺钉11、衬套12、防滑钉13组成，防滑钉13螺接于衬套12内孔，紧定螺钉11拧入轮挡主体背面的螺纹孔内并顶紧衬套12。
[0012]所述挡块4背面设置有牵引装置2，牵引装置2由扁头螺栓6、环圈7、套管8、钢丝绳9、把手10串联而成。该牵引装置2通过将扁头螺栓6拧入轮挡主体背面的螺纹孔内实现连接，钢丝绳9穿过把手10并通过两个套管8压扁挤进收头。
[0013]一种飞机停放轮挡设计方法，其包括如下步骤:
[0014]步骤1:轮挡主体技术参数的确定
[0015]飞机停放轮挡与其阻挡失效模式相关的主要技术有参数坡度α、高度H、长度L，其中，停放轮挡的设计坡度α是决定停放轮挡受载使用时不被推开或保证飞机轮胎不爬越停放轮挡的参数；停放轮挡的长度L是决定停放轮挡是否受载翻倒的参数；停放轮挡的高度H是停放轮挡底面到停放轮挡与轮胎相切点的距离；
[0016]步骤2:确定停放轮挡参数坡度α
[0017]取停放轮挡与地面之间的滑动摩擦系数为μ，由摩擦角计算公式tg = μ，求出停放轮挡与地面之间的摩擦角Φμ 为停放轮挡都保持静止时的停放轮挡参数坡度α的最大值；
[0018]由公式F风=F主Xtglmin确定最小爬升角ξ，其中，FmS最小水平风力N ;F主为主起落架所承受的重力N，最小爬升角ξ为停放轮挡参数坡度α的最小值；
[0019]步骤3:确定停放轮挡参数高度H
[0020]停放轮挡的高度H是停放轮挡底面到停放轮挡与轮胎相切点的距离，参数坡度α，导面高度S，飞机轮胎半径R，根据公式H = Rd-cos α )，确定停放轮挡参数高度H的值；
[0021]步骤4:确定停放轮挡参数长度L
[0022]轮挡翻倒临界状态，翻转轴为过O点垂直剖面的直线，参数坡度α，高度H，导面高度S，根据公式L = (H-S)/tga+H.tga，确定停放轮挡参数长度L的值。
[0023]本发明的优点:本发明给出的飞机停放轮挡，能有效防止飞机停放使用时出现推移、爬越、翻滚等阻挡失效模式，保障飞机的地面停放安全。另外，本发明通过研究飞机停放轮挡在使用中可能出现各类阻挡失效模式与飞机停放轮挡主要形状技术参数之间的关系，给出了一种飞机停放轮挡的设计方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明的轴测图，其中1-轮挡主体、2-牵引装置、3-防滑装置；
[0025]图2为本发明的俯视图，其中4_挡块、5_标牌、6_扁头螺栓、7_环圈、8_套管、9-钢丝绳、10-把手；
[0026]图3为本发明的A-A剖视放大图，其中11-紧定螺钉、12-衬套、13-防滑钉；
[0027]图4为停放轮挡主要技术参数示意图；
[0028]图5为自锁原理图；
[0029]图6为轮胎对停放轮挡的作用；
[0030]图7为爬越临界状态时飞机主轮受力；
[0031]图8为确定停放轮挡长度L和高度H的原理图。
【具体实施方式】
[0032]下面通过【具体实施方式】对本发明作进一步说明:
[0033]请同时参阅图1、2、3，其图1是本发明型的轴测图，图2是本发明的俯视图，图3是本发明的A-A剖视放大图。一种飞机停放轮挡包括轮挡主体1、牵引装置2、防滑装置3。其中，所述轮挡主体I由挡块4、标牌5组成；其中，标牌5粘接在挡块4左侧斜面上。
[0034]所述的挡块4为整体铸造成型的四棱台框架结构，其主挡面向内凹陷，形成与飞机轮胎相匹配的挡槽，且主挡面内侧设置有若干加强筋，用于提高档块的强度。另外，主挡面与地面的倾角在35?45度之间，以有效避免飞机轮胎爬越、推移档块。[0035]所述的挡块4的主挡面、背面和底面均开设有减重孔，以保证挡块4在满足强度的前提下重量最轻。
[0036]所述的挡块4背向挡槽的背面底部上安装有若干防滑装置3，所述防滑装置由紧定螺钉11、衬套12、防滑钉13组成，防滑钉13螺接于衬套12内孔，紧定螺钉11拧入轮挡主体背面的螺纹孔内并顶紧衬套12。该防滑装置3能够有效增大停放轮挡的制动力，提高安全性。[0037]所述的挡块4背面设置有牵引装置2，牵引装置2由扁头螺栓6、环圈7、套管8、钢丝绳9、把手10串联而成。该牵引装置2通过将扁头螺栓6拧入轮挡主体背面的螺纹孔内实现连接，钢丝绳9穿过把手10并通过两个套管8压扁挤进收头。牵引装置2是为了方便搬运和使用时取出停放轮挡。
[0038]本发明还提供了一种飞机停放轮挡设计方法，其具体过程如下:
[0039]步骤1:主要形状技术参数的确定
[0040]飞机停放轮挡可能发生的阻挡失效模式有推移、爬越、翻滚等，而飞机停放轮挡与其阻挡失效模式相关的主要技术有参数坡度α、高度H、长度L、导面高度S，如图4所示，其中，停放轮挡的设计坡度α是决定停放轮挡受载使用时不被推开或保证飞机轮胎不爬越停放轮挡的主要参数；停放轮挡的长度是决定停放轮挡是否受载翻倒的主要参数；停放轮挡的高度H是停放轮挡底面到停放轮挡与轮胎相切点的距离；导面高度S由初始设计确定，一般为40_。
[0041]步骤2:停放轮挡参数坡度α计算
[0042]根据摩擦自锁原理，当飞机在风推力作用下产生移动，轮胎作用在停放轮挡上的合力主动力F的作用线与停放轮挡和地面接触面公法线之间的夹角Φ小于等于停放轮挡在地面上的摩擦角时，不论主动力多大，停放轮挡都保持静止，如图5、图6所示；反之，当令、Φ时，轮挡将被推移。其中F与铅垂线之间角度φ理论上等于斜面角度α与β之和，即可知F方向受停放轮挡斜面坡度、轮胎与停放轮挡之间的滚动摩擦系数或滑动摩擦系数影响。
[0043]摩擦角是由物体之间的摩擦系数决定，且摩擦系数与摩擦角成正比。取停放轮挡与地面之间的滑动摩擦系数为μ。因此，由摩擦角计算公式= μ，可求出停放轮挡与地面之间的摩擦角，据此可以为轮挡坡度设计提供依据。但在实际使用中，还应考虑由于轮胎与停放轮挡在相压时，会产生压缩变形，使接触面角度变小，在一定程度上可以降低停放轮挡被推开的可能性。
[0044]对于多轮多支柱飞机使用停放轮挡时，理论上应严禁出现爬越现象，即使飞机在极限风速作用下，只允许轮胎有沿停放轮挡向上爬升的运动趋势，轮胎与地面之间只接触，无作用力。此时，飞机处于平衡状态，如图7所示，假设飞机所承受的风力，完全由主轮停放轮挡克服，可得平衡方程I。
[0045]依据公式I能计算出最小爬越角，停放轮挡的设计坡度只要大于最小爬越角，就能保证停放轮挡阻挡不会出现爬越失效模式；反之，停放轮挡的坡度设计小于最小爬越角，则会出现飞机爬越停放轮挡。
[0046]F风=F主 X tg α + β min(I)
[0047]式中:FW为水平风力N ;F主为主起落架所承受的重力N。[0048]步骤3:确定停放轮挡参数高度H
[0049]停放轮挡的高度H是停放轮挡底面到停放轮挡与轮胎相切点的距离，如图8所示，参数坡度α，导面高度S，飞机轮胎半径R，根据公式H = Rd-cos α )，确定停放轮挡参数高度H的值。
[0050]步骤4:确定停放轮挡参数长度L
[0051]轮挡翻倒临界状态，如图8所示，翻转轴为过O点垂直剖面的直线，参数坡度α，高度H，导面高度S，根据公式L?(H-S) /tga+H.tg α，确定停放轮挡参数长度L的值。飞机停放轮挡的重量相对于飞机重量、风载大小都是非常小的，所以计算中可以忽略轮挡重量。如果轮胎对停放轮挡合力的作用线计算中轮胎对停放轮挡的力主要是水平风力和主起落架所承受的重力的合力，其方向近似沿轮胎的径向垂直于停放轮挡主挡面在O点右侧，则会形成顺时针力矩，从而使停放轮挡存在翻倒可能性；反之，如果停放轮挡的设计能保证轮胎对停放轮挡合力的作用线在O点左侧，则能保证轮挡不发生翻倒，由此可以为停放轮挡长度L设计提供依据。另外，还应考虑由于接触变形，会改变作用线方向，一定程度可以降低轮挡翻倒的可能性。
【权利要求】
1.一种飞机停放轮挡，其特征在于:包括轮挡主体(1)、牵引装置(2)、防滑装置(3)，其中，所述轮挡主体(1)由挡块(4)、标牌(5)组成；其中，标牌(5)粘接在挡块(4)左侧斜面上。
2.根据权利要求1所述的飞机停放轮挡，其特征在于，所述挡块(4)为整体铸造成型的四棱台框架结构，其主挡面向内凹陷，形成与飞机轮胎相匹配的挡槽，且主挡面内侧设置有若干加强筋，另外，主挡面与地面的倾角在35~45度之间。
3.根据权利要求1所述的飞机停放轮挡，其特征在于:挡块(4)的主挡面、背面和底面均开设有减重孔。
4.根据权利要求1所述的飞机停放轮挡，其特征在于，挡块(4)背向挡槽的背面底部上安装有若干防滑装置(3)。
5.根据权利要求1所述的飞机停放轮挡，其特征在于，所述防滑装置由紧定螺钉(11)、衬套(12)、防滑钉(13)组成，防滑钉(13)螺接于衬套(12)内孔，紧定螺钉(11)拧入轮挡主体背面的螺纹孔内并顶紧衬套(12)。
6.根据权利要求1所述的飞机停放轮挡，其特征在于:挡块(4)背面设置有牵引装置(2)，牵引装置(2)由扁头螺栓(6)、环圈(7)、套管(8)、钢丝绳(9)、把手(10)串联而成。该牵引装置(2)通过将扁头螺栓(6)拧入轮挡主体背面的螺纹孔内实现连接，钢丝绳(9)穿过把手(10)并通过两个套管(8)压扁挤进收头。
7.一种飞机停放轮挡设计方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:轮挡主体技术参数的确定 飞机停放轮挡与其阻挡失效模式相关的主要技术有参数坡度α、高度H、长度L、导面高度S，其中，停放轮挡的设计坡度α是决定停放轮挡受载使用时不被推开或保证飞机轮胎不爬越停放轮挡的参数；停放轮挡的长度L是决定停放轮挡是否受载翻倒的参数；停放轮挡的高度H是停放轮挡底面到停放轮挡与轮胎相切点的距离； 步骤2:确定停放轮挡参数坡度α 取停放轮挡与地面之间的滑动摩擦系数为μ，由摩擦角计算公式tgc^ = μ，求出停放轮挡与地面之间的摩擦角Φπ，Φπ为停放轮挡都保持静止时的停放轮挡参数坡度α的最大值； 由公式Fm= F主Xtg ( ξ )min确定最小爬升角ξ，其中，F风为最小水平风力(N) ;F主为主起落架所承受的重力(N)，最小爬升角ξ为停放轮挡参数坡度α的最小值； 步骤3:确定停放轮挡参数高度H 停放轮挡的高度H是停放轮挡底面到停放轮挡与轮胎相切点的距离，参数坡度α，导面高度S，飞机轮胎半径R，根据公式H = Rd-cos α )，确定停放轮挡参数高度H的值； 步骤4:确定停放轮挡参数长度L 轮挡翻倒临界状态，翻转轴为过O点垂直剖面的直线，参数坡度α，高度H，导面高度S，根据公式L = (H-S)/tga+H.tga，确定停放轮挡参数长度L的值。
【文档编号】B60T3/00GK103612771SQ201310625550
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】张森 申请人:中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所