一种用于飞机飞行试验的跑道水池设计与施工方法与流程

本发明涉及飞机飞行试验，尤其是涉及一种用于飞机飞行试验的跑道水池设计与施工方法。

背景技术：

1、为了验证飞机在积水跑道上起降时，起落架轮胎溅起的水不会对飞机及各系统造成不利影响、获得飞机的性能数据，通常需要开展飞机溅水-污染跑道性能试验，飞机溅水-污染跑道性能试验是一种常见的飞机飞行试验。出于快速排水的考虑，机场跑道修建时常带有一定坡度，从而导致跑道表面无法存留一定深度的水，以及跑道表面水深分布不均匀。这为创造试验要求的积水环境带来了困难，需要在跑道上搭设水池以存留试验要求的水深，并合理控制水深的分布，模拟试验要求的积水环境。

2、为尽量减小对试验机场运行的影响，溅水试验水池通常为临时试验设施，仅在试验期间搭设，试验后拆除。溅水试验水池的安装方式应遵循“无损”的原则，即不能对跑道产生不可恢复的影响。此外为了缩短跑道占用时间，水池应具有快速拆装、易于维护的特点。在飞机起落架轮胎碾压时，水池结构亦不能对飞机产生较大的纵向冲击，不能产生明显的阻力影响性能数据。

3、现有水池技术使用的结构较为单一，无法兼顾上述快速拆装等要求。出于在跑道表面蓄水以模拟溅水、污染跑道试验条件的需要，行业内常通过将不同的材料固定在跑道表面，组成具有一定长度与宽度的密封水池结构。目前常见的溅水水池技术根据安装方式不同主要分为3种：使用橡胶带-沟槽结构的水池技术、基于粘结安装结构的水池技术以及基于非固定式安装的水池技术。

4、1.基于橡胶带-沟槽结构的水池技术

5、使用橡胶带-沟槽的水池方案借助跑道表面的沟槽，将橡胶带插入沟槽中组成水池结构，不使用粘结剂或紧固件连接道面与水池结构。橡胶带和沟槽的尺寸相互匹配，避免飞机起落架轮胎碾压后脱出。需在跑道表面切割出合适尺寸的沟槽以供安装橡胶带，如果对应位置已有沟槽可供使用则无需进行切割。橡胶带可选用带有衬布的柔性输运橡胶带。轮胎碾压时橡胶带倾倒，从而降低对飞机产生的冲击。橡胶带沿横向、纵向布置组成水池的四边。水池内部根据需要使用相同的形式设置分割。横向、纵向橡胶带使用防水胶带或紧固件进行连接。

6、该方案最初应用于20世纪60年代，最初的实施方式为在跑道道面切割出深1英寸、宽5/16英寸的沟槽，再将17/64英寸厚、2.5英寸宽的橡胶带插入其中组成水池结构。在最初的应用中，该方案成功支持了上百次飞机溅水试验，展示了较好的耐久性。

7、2.基于粘结安装的水池技术

8、基于粘结安装的水池结构技术借助粘结剂将水池材料固定在跑道表面。水池结构材料根据截面不同分为“t”形制件以及矩形/半椭圆形制件。通常使用橡胶作为水池结构材料。为提供粘结面，此种方式安装的水池结构通常具有较宽的底面，对于“t”形截面水池结构，粘结处为“t”形制件的底边。橡胶结构沿跑道横向、纵向布置组成水池，水池结构均使用粘结剂进行连接，相交处使用粘结剂或连接件进行连接。

9、3.基于非固定安装的水池技术

10、根据公开资料，此种水池结构技术与前述两种水池结构技术最大区别在于使用的安装/连接方式设计为仅供一次溅水滑行试验使用。在起落架轮胎碾压水池结构或水池结构受起落架溅水冲击时水池材料产生位移，从而避免对起落架轮胎产生影响。这种结构的优点在于安装方式较为简单，所采取的方法在早期是使用混凝土材料搭建水池，在横向轮胎可能碾压处使用胶泥材料构造。试验前水池结构可以有效蓄水，在轮胎碾压横向结构时亦不会对轮胎起落架产生过大法向冲击。此种方案曾成功用于模拟起落架装置的溅水滑行试验，每次试验后需重新构建损坏部分，后期根据公开信息，使用泡沫类轻质材料作为所有位置的水池结构材料，替换后降低了起落架轮胎碾压的潜在影响，成功支持了飞机溅水试验。

11、不同水池技术的实施路径决定了各技术方案的局限性，此外考察现有各水池技术方案，可靠的结构与较为牢固的安装与快速维护、快速拆除、对飞机无影响的要求常常互相矛盾，导致实际实施中常妥协某方面特性以满足另一方面的要求。上述水池技术仍然具有以下问题：

12、1.基于橡胶带-沟槽安装的水池结构具有快速拆装、易于维护的特点，安装、拆除只需从对应的沟槽中放置/移除橡胶带，对于损坏部分只需使用成品橡胶带进行替换即可。这种结构设计需要道面沟槽进行安装，对于不存在沟槽的安装位置，需新切割出沟槽。最大的问题在于新切割的沟槽改变了跑道原有结构，切割过程中可能会导致跑道表面结构脱落/剥离，对道面造成损伤，使用后无法将这些沟槽与相关跑道道面区域恢复至最初的状态，导致跑道表面结构脱落、强度下降的潜在不利影响一直伴随着跑道的后续使用。且此外这种安装方式要求沟槽与橡胶带间尺寸相互匹配，实际沟槽切割时尺寸偏差过大将导致无法安装或安装不可靠的问题，严重情况下会导致试验时橡胶带从沟槽中脱出，影响飞行安全。

13、2.使用粘结安装的水池技术不改变跑道表面的原有结构，对于矩形或半椭圆截面、粘结方式安装的水池，当跑道坡度较大时，为达到试验要求的水深通常会导致水池结构高度增加，且水池结构底面较宽，导致飞机起落架轮胎碾压时产生较大的纵向冲击，在试验中引入了干扰因素，影响试验结果，严重情况将导致飞机损伤。因此，该水池技术在污染跑道性能试验中则会带来额外的阻力，干扰飞机性能数据。此外粘结剂固化时间较长，必须在干燥的环境下使用，对环境要求较高，需要占用跑道较长时间进行安装。在进行修补时，需要排出水池内的水并等待跑道表面与水池结构完全干燥，为水池的维护与安装拆除带来了不便。拆除时为了避免对跑道造成损伤只能采用手动方式对水池结构进行拆除，效率较低，占用跑道时间长。对于“t”形截面的水池结构，存在连接处经碾压出现破损、脱落的潜在风险。水池结构材料脱落后可能被发动机吸入，应尽量避免。

14、基于非固定安装的水池结构技术对跑道表面结构没有负面影响，但由于其安装方式导致飞机滑行经过水池结构或起落架轮胎扰动传递至水池结构时导致水池破损、脱落，存在被发动机进气道吸入或损伤机体结构的风险。此外这种水池结构只能支持一次溅水试验，需要在每次滑行后对水池进行修补，降低了试验效率。

15、鉴于上述原因，本发明提出一种用于用于飞机飞行试验的跑道水池设计与施工方法，水池的建造、使用与维护对跑道结构造成不可恢复的影响，不会对飞机轮胎产生额外阻力，且易于拆装维护，占用跑道时间短。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于飞机飞行试验的跑道水池设计与施工方法，通过该施工方法施工的水池结构的建造、使用与维护对跑道结构无不利影响，维护简单，易于拆装，水深分布均匀，有较好的可靠性，对飞机轮胎不产生额外阻力。

2、本发明提供一种用于飞机飞行试验的跑道水池设计与施工方法，包括：

3、s1：道面测绘：确定试验机场后，对跑道道面坡度进行测量；

4、s2：确定安装位置：根据跑道道面坡度与道面情况确定水池安装位置；

5、s3：总体布局设计：根据试验要求与飞机气动布局、道面情况开展水池总体布局设计，设计水池的整体长度和宽度，且水池沿跑道航向分隔为分别用于容纳前轮和两个主轮的三个水道；

6、s4：水池结构设计：沿跑道航向的中间水道两侧边采用橡胶预制件衔接并粘贴在跑道的中心线两侧，沿跑道航向的两侧水道边沿采用橡胶带插入跑道航向的热膨胀槽内，沿跑道展向水池内部设置多道格栅以合理控制水深，格栅采用橡胶带分别插入跑道展向的多个热膨胀槽内；

7、s5：材料加工：在工厂生产橡胶预制件和橡胶带；

8、s6：跑道道面施工：清理跑道道面，在航向中间水道的两侧边位置涂抹专用底涂，对道面排水沟槽进行密封；

9、s7：水池搭建：将橡胶预制件采用密封剂粘结在中间水道两侧边位置上，将各橡胶带分别插入航向和展向的各热膨胀槽内限定两侧水道边沿及格栅位置，且各橡胶预制件以及各橡胶带间衔接形成水池结构；

10、s8：结构密封：橡胶带及橡胶预制件与跑道的交接处采用结构胶密封，橡胶带之间粘贴密封。

11、优选地，步骤s3中

12、水池的长度≥最大试验速度*水池内滑行时间；

13、各个水道的宽度≥3倍水道中起落架轮胎的宽度。

14、优选地，步骤s4中橡胶预制件的截面呈梯形或半椭圆形。

15、优选地，步骤s4中橡胶带的形状为矩形。

16、优选地，对于双轮或小车式起落架各个水道的宽度不小于3倍的两个轮胎外侧端面间的距离。

17、优选地，中间水道的中轴线与跑道的中心线相重合或相平行。

18、优选地，步骤s6中所述清理跑道道面包括将跑道道面航向的两条橡胶预制件的粘结面用钢丝刷除去污渍灰尘，并用风机吹去浮灰。

19、优选地，步骤s6还包括将热膨胀槽内的嵌料清出，并对热膨胀槽的边缘进行修整。

20、优选地，步骤s8中橡胶带及橡胶预制件与跑道的交接处均采用硅酮结构胶粘接的方式进行密封。

21、优选地，步骤s8中橡胶带之间使用防水胶带粘贴。

22、相比现有技术，本发明的技术方案具有以下有益效果：

23、1.易于拆装，现代机场跑道绝大部分由混凝土浇筑而成，跑道道面沿展向、航向固定间距预留有热膨胀槽，本发明水池设计与施工方法通过合理设计水池布局，优化前轮、主轮水道的宽度，使水池结构中较大部分利用热膨胀槽对橡胶带进行安装，剩余沿前轮航向布置的水池结构使用预制橡胶件粘结固定在跑道表面，本发明水池大部分结构采用插槽的安装方式，具有拆装简便的特点，而粘结部分施工量小，降低了跑道占用与安装拆除时间；

24、2.维护简便，大部分水池结构采用插槽的安装方式，损坏后只需将橡胶带拉出替换即可，维护较为简便，而粘结部分占比较小，且正常情况下不被飞机起落架轮胎碾压，不会产生维护性问题，从而整体降低了水池的维护时间与维护难度；

25、3.对道面结构影响小，插槽安装的位置借助跑道原有的热膨胀槽，粘结安装位置在清除后不改变跑道道面结构，避免了单纯使用插槽安装对道面切割带来的潜在不利影响；

26、4.对试验结果影响小，使用橡胶带构成的横向水池结构在轮胎碾压后倒伏，不会对飞机产生纵向或法向冲击，避免了整体粘结方案对飞机产生的法向冲击，且在航向上也不会对飞机性能引入额外阻力，最大程度消除了试验中的干扰因素，且分别对主轮、前轮设置分隔形成三个水道以消除不同起落架溅水试验的相互影响，且各个水道采用格栅分隔，保证水池水深，能够适应更大水深的溅水试验，且不同区域的水深均匀，避免因水深问题影响试验结构。