Một trong những điều kiện quan trọng đảm bảo an toàn cho hoạt động cất - hạ cánh máy bay là đảm bảo yêu cầu về lực ma sát giữa bánh máy bay và mặt đ-ờng. Các yêu cầu này phụ thuộc trạng thái bề mặt tầng phủ, độ nhám mặt đ-ờng và độ mài mòn của lốp bánh máy bay.
Sự phụ thuộc giữa an toàn khai thác bay với chất l-ợng bám của mặt đ-ờng đ-ợc giải thích là có tới 60% động năng của máy bay khi hạ cánh đ-ợc tiêu hao nhờ phanh hãm, chính vì
vậy mà nếu thiếu các điều kiện hãm phanh an toàn sẽ xảy ra mất ổn định và không thể điều khiển đ-ợc máy bay. Hậu quả của nó là máy bay có thể tr-ợt ra khỏi đầu đ-ờng cất - hạ cánh hay tr-ợt ra bảo hiểm s-ờn. Khi cất cánh cũng có thể xảy ra mất ổn định nếu không đảm bảo
độ bám của bánh xe với mặt đ-ờng.
Chất l-ợng bám của mặt đ-ờng đ-ợc đánh giá thông qua hệ số bám (hệ số ma sát ):
G
T
, (2.30)
T - lực ma sát, kg;
G - tải trọng theo ph-ơng thẳng đứng, kg.
Hệ số ma sát đặc tr-ng cho quá trình và điều kiện t-ơng tác giữa các vật thể. Nó không cố định mà thay đổi phụ thuộc vào độ tr-ợt t-ơng đối của bánh xe, vào tốc độ chuyển động và các yếu tố khác (áp suất bánh, hoa văn trên mặt lốp xe, mức độ mòn của lốp, nhiệt độ tiếp xúc...). Đại l-ợng tr-ợt t-ơng đối của bánh xe đ-ợc xác định:
1
1 2
mb l
V
V , (2.31)
ở đây:
Vl - tốc độ chuyển động của các điểm trên bề mặt lốp ở trạng thái tiếp xúc với bề mặt mặt đ-ờng;
Vmb - vận tốc chuyển động của máy bay;
2 - vận tốc góc của bánh xe phanh;
1 - vận tốc góc của bánh dẫn (không phanh).
Hệ số bám ở giai đoạn đầu khi phanh sẽ tăng lên khi độ tr-ợt t-ơng đối của bánh xe tăng và khi = 15 25% thì nó đạt giá trị lớn nhất (max). Khi tiếp tục phanh bánh và tăng giá trị , hệ số bám bắt đầu giảm dần đến giá trị cực tiểu. Trên hình 2.10 mô tả quan hệ giữa hệ số bám với đại l-ợng tr-ợt t-ơng đối của bánh xe.
Kinh nghiệm khai thác sân bay với các tầng phủ nhân tạo khác nhau, theo quan điểm an toàn bay cho thấy điều kiện phanh đ-ợc coi là tốt nhất nếu hệ số bám bằng 0,5 hoặc lớn hơn, là trung bình khi hệ số bám từ 0,3 0,5 và ở mức xấu nếu hệ số bám nhỏ hơn 0,3.
Các tầng phủ sân bay đối với các loại máy bay hiện đại có các hệ số bám nh- sau: tầng phủ bê tông xi măng khô, sạch có = 0,7 0,8, tầng phủ bê tông asphalt là 0,6 0,9, tầng phủ bê tông xi măng -ớt là 0,4 0,6, tầng phủ bê tông asphalt -ớt là 0,35 0,55. Các tính năng cất cánh và hạ cánh của máy bay phụ thuộc giá trị hệ số bám.
Theo kết quả đo đạc thực nghiệm, cự ly hạ cánh của máy bay IL62 (Liên Xô cũ) khi giảm hệ số bám từ 0,8 xuống 0,3 sẽ tăng lên 1,1 đến 1,2 lần, đối với máy bay TU - 134A thì
tăng từ 1,3 1,5 lần, đối với máy bay B737 tăng từ 1,2 1,3 lần.
Sự giảm đột ngột hệ số bám quan sát đ-ợc khi trên bề mặt tầng phủ có 1 lớp n-ớc hoặc lớp bùn. Trong tr-ờng hợp này xuất hiện hiện t-ợng l-ớt bánh máy bay. Hiện t-ợng l-ớt là sự tr-ợt của bánh xe trên lớp chất lỏng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa bánh xe và mặt
đ-ờng. Phụ thuộc chiều dày lớp n-ớc và trạng thái bề mặt tầng phủ (bề mặt nhẵn hoặc nhám) mà có thể xảy ra l-ớt động lực, l-ớt nhớt hoặc l-ớt hơi.
Bản chất của hiện t-ợng l-ớt động lực là khi máy bay chuyển động trên bề mặt tầng phủ có lớp n-ớc với chiều dày (h) lớn hơn chiều dày giới hạn (hgh), tại vùngbắt đầu có sự tiếp xúc lốp xe với mặt đ-ờng, có một lớp đệm n-ớc do áp lực
Hình 2.10. Quan hệ giữa hệ số bám với đại l-ợng tr-ợt t-ơng đối
thuỷ động tác dụng lên lốp xe. Càng tăng tốc độ chuyển động của máy bay càng làm tăng áp lực thuỷ động và đến một tốc độ giới hạn (Vgh) thì tổng lực nâng máy bay và áp lực thuỷ động sẽ cân bằng với tải trọng máy bay theo ph-ơng đứng. Lúc này xảy ra hiện t-ợng bánh xe không còn tiếp xúc với bề mặt mặt đ-ờng. Trong tr-ờng hợp này bánh dẫn (bánh không phanh) quay chậm lại, trong 1 số tr-ờng hợp dừng hoàn toàn hoặc quay theo chiều ng-ợc lại.
Bằng các nghiên cứu thực nghiệm và các tính toán đã chỉ ra rằng sự l-ớt động lực trên bề mặt mặt đ-ờng nhẵn sẽ gây ra khi độ sâu lớp n-ớc mặt 2 3mm, còn trên bề mặt nhám là trên 10mm. Tốc độ giới hạn tr-ợt phụ thuộc áp suất bánh hơi, với áp xuất bánh hơi q = 0,64MPa thì tốc độ giới hạn vào khoảng 120 160km/h, còn khi q = 0,78 1,18MPa thì tốc độ là 170 210km/h.
Khi xảy ra l-ớt động lực hầu nh- mất hết khả năng hãm phanh bánh, bởi vì hệ số bám rất thấp (0,02 0,05), đồng thời gây mất ổn định và mất khả năng điều khiển máy bay, dẫn đến việc máy bay có thể xoay ngang trên đ-ờng chạy cả khi vận tốc gió cạnh rất nhỏ (d-ới 5m/s).
Hiện t-ợng l-ớt nhớt xảy ra trên mặt đ-ờng nhẵn có lớp n-ớc mỏng (d-ới 0,25mm) và có lẫn bụi bẩn. Hiện t-ợng l-ớt hơi xảy ra trên mặt đ-ờng nhám tại thời điểm tiếp đất hoặc khi
0 0.2 0.4 0.6
0 20 40 60 80
1
2
3
1- V=40km/h, 2-V=124 km/h, 3- V=222 km/h , %
hãm phanh bánh, lúc này lực ma sát tại vùng lốp xe tiếp xúc với mặt đ-ờng phát sinh ra một l-ợng nhiệt đủ lớn để đốt nóng lớp n-ớc thành luồng hơi (ở nhiệt độ trên 2000C). Cả hai tr-ờng hợp l-ợt này đều gây hiệu quả xấu đến quá trình phanh và điều khiển máy bay.
Giải pháp khai thác cơ bản tránh xảy ra hiện t-ợng l-ớt nêu trên là cần thoát n-ớc kịp thời cho mặt đ-ờng sau mỗi trận m-a, giữ cho mặt đ-ờng luôn sạch. Mặt khác đối với các mặt
đ-ờng không đủ độ nhám cần thiết cần áp dụng giải pháp tăng độ nhám cho mặt đ-ờng đối với mặt đ-ờng bê tông xi măng cần áp dụng ph-ơng pháp xẻ các rãnh nhám trên mặt, rãnh th-ờng có kích th-ớc 5mm x 5mm, cách nhau 20 30mm, còn đối với mặt đ-ờng bê tông asphalt th-ờng dùng một trong hai cách: đổ một lớp mỏng bê tông asphalt cấp phối không liên tục hoặc rắc lên mặt và cán nóng một lớp hạt đá nhỏ c-ờng độ cao).
2.3.2. Ph-ơng pháp đánh giá xác định hệ số ma sát a. Ph-ơng pháp dùng xe phanh
Đây là ph-ơng pháp đánh giá đơn giản, cho kết quả nhanh, độ chính xác chấp nhận đ-ợc trong khai thác. Theo ph-ơng pháp này, hệ số ma sát đ-ợc xác định trên cơ sở đo chiều dài quãng đ-ờng hãm phanh của xe kiểm tra. Thời gian thao tác hãm phanh từ khi bắt đầu phanh cho đến khi xe dừng hẳn trong phạm vi 1 2 giây. Hệ số ma sát đ-ợc tính theo công thức thực nghiệm sau:
gL K v . 2
2
, (2.32)
Trong đó:
V - tốc độ xe khi bắt đầu hãm, m/s;
g - gia tốc trọng tr-ờng (9,8m/s2);
L - quãng đ-ờng hãm phanh, m;
K - hệ số phụ thuộc tốc độ khi bắt đầu phanh. Khi dùng loại xe con 45 chỗ ngồi với
điều kiện lốp xe còn t-ơng đối mới, khi hãm xe ở tốc độ 4050km/h thì K=0,7.
b. Ph-ơng pháp xác định hệ số ma sát bằng con lắc quán tính
Bản chất của ph-ơng pháp này là dựa trên tác dụng của lực quán tính gây ra khi hãm phanh xe kiểm tra, làm cho con lắc dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng ban đầu. Độ lớn góc lệch của con lắc phụ thuộc gia tốc của chuyển động chậm dần của xe kiểm tra, tức là phụ thuộc hệ số ma sát.
Yêu cầu đối với xe kiểm tra:
- Xe ô tô con, nặng 1 2T
- Lốp xe: thông th-ờng, còn t-ơng đối mới, có độ mòn đều trên bề mặt lốp.
Khi đo, con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng theo vạch chia từ 0 8 là giá trị gia tốc của chuyển động chậm dần (m/s2), giá trị hệ số ma sát cần lấy giá trị đó chia cho 10. Trên hình 2.11 giới thiệu cấu tạo nguyên tắc của thiết bị con lắc quán tính.
c. Ph-ơng pháp "rắc cát" xác định độ nhám mặt đ-ờng
D-ới đây trình bày một số ph-ơng pháp xác định độ nhám mặt đ-ờng bằng ph-ơng pháp rắc cát.
* Ph-ơng pháp dùng cát mịn:
Sử dụng loại cát đo là cát mịn, dung tích cát V là 10, 25 hoặc 50cm3 tuỳ theo độ nhám mặt đ-ờng: nhám ít, trung bình và nhám thô. Dùng đĩa bằng kim loại đ-ờng kính D = 10cm, san đều l-ợng cát trên bề mặt định đo cho đến khi cát
nằm hết trong các lỗ nhám. Đo diện tích S vệt cát sau đó xác định chiều sâu trung bình vệt cát:
2
4 D
V S
Htb V
. (2.33)
Theo quy trình khai thác đ-ờng ô tô (22TCN 65-84) của Bộ Giao thông vận tải, đánh giá
độ nhám mặt đ-ờng cho đ-ờng ô tô theo quy định bảng 2.4.
- Đối với mặt đ-ờng sân bay, chiều sâu trung bình H tốt nhất là nằm trong phạm vi H = 0,8 2mm, d-ới giới hạn trên, mặt đ-ờng có hệ số ma sát không đảm bảo cho an toàn máy bay, còn cao hơn thì không có lợi vì khi hãm phanh, lốp xe sẽ bị hao mòn nhanh.
Hình 2.11. Nguyên tắc cấu tạo thiết bị con lắc quán tính 1. Khung đỡ; 2. Đệm cao su ( giác bám); 3. Vít điều chỉnh trục đứng;
2
3
4
7
9 8 1
5
6
4. Vít điều chỉnh hộp đo; 5. Vít điều chỉnh kim; 6. Kim đo; 7. Con lắc;
8. Nắp kiểm tra; 9. Hộp đồng hồ.
Bảng 2.4 ChiÒu s©u trung
b×nh, h (mm)
Đặc tr-ng mặt đ-ờng Phạm vi sử dụng
H 0,2 Rất nhẵn Không nên dùng
0,2 < H 0,4 Nhẵn V < 80km/h
0,4 < H 0,8 Trung b×nh 80 < V < 120
0,8 < H 1,2 Thô V 120
H > 1,2 Rất thô Giành cho khu vực nguy hiểm
* Ph-ơng pháp dùng n-ớc:
Đây là ph-ơng pháp đ-ợc sử dụng rộng rãi ở Pháp.
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị nh- sau:
Ng-ời ta gắn sau xe tải 1 dàn conson, trên đó đặt 1 thùng n-ớc chuyên dụng, sao cho nó tr-ợt và áp sát bề mặt mặt đ-ờng. Khi xe chạy với vận tốc 15km/h n-ớc từ xi téc qua ống cao su chảy vào thùng n-ớc, từ đó n-ớc chảy ra trên bề mặt mặt đ-ờng nhanh hay chậm tuỳ thuộc mức độ nhám mặt đ-ờng. Dùng thiết bị ghi lại sự tiêu hao n-ớc t-ơng ứng với mặt đ-ờng kiểm tra sẽ xác định đ-ợc mức độ nhám từng khu vực mặt đ-ờng.
ở Anh ng-ời ta áp dụng ph-ơng pháp đo độ sâu rãnh nhám bằng các tia quang học, còn ở Đức bằng các cách sử dụng kỹ thuật chụp ảnh nổi.