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【民航科普】跑道强度是如何设计的?

归档日期:06-24       文本归类:飞机荷载      文章编辑:爱尚语录

  本文原载NYCAviation,作者加布·安迪诺是NYCAviation副主编,航空爱好者和机场管理专家,现居新泽西州)

  不言而喻,跑道是机场最关键的区域。主要机场的跑道每天要承受成百上千次飞机起落。这些铺砌面需要提供坚实、稳定和耐用的表面,在各种天气条件下都必须能给飞机施加的重量提供充分的支撑。

  新跑道的施工规划在跑道动工之前几年就开始了。长度、宽度、强度取决于机场的类型(比如是通航机场还是主要商业机场),主要服务的飞机的大小和目前每年的交通量以及未来几年的交通量。在跑道位置方面,要考虑到最终形成路基、支撑道面的土壤情况。如果土壤不稳定,这将意味着需要更厚的道面来更好地分配其承担的载荷。

  下一步考虑的是使用的材料。在绝大部分机场,跑道是由人造材料制成的,通常是沥青、水泥,或两者的混合。道面的材料取决于当地地面的情况、飞机的类型和成本。水泥在主要商业机场是广泛被采用的材料。尽管它比沥青成本高,但水泥道面更耐用,寿命更长。

  在美国,跑道道面的设计要根据美国联邦航空管理局(FAA)咨询通告150/5230-6E:“机场道面设计和评估”。在跑道设计阶段,会选择一种代表性机型的重量和用所有将使用机场的机型的运行数量来进行分析。用来分析道面的机型往往不是最重的机型,而是根据其起落架布局和重量分布而言,所需道面最厚的机型。出于分析的目的,机场所有机型的运行都等量地转换为所选设计机型。这些运行用于计算道面所需的厚度。厚度因机场而不同,服务重型飞机的商业机场,跑道表面厚度在10英寸到4英尺之间,包括路基。一旦道面铺好以后,就要开槽,以便雨水排出,减少飞机在大雨后滑水的风险。

  机场道面强度评估使用的是国际民航组织在上世纪80年代早期制定的飞机等级序号-跑道道面等级序号(ACN–PCN) ,所有开放机场的跑道都有一个总重量和一个分配的PCN值。这个数值指示道面在通常情况下的承重能力。所有重量125000磅以上的飞机都会被分配一个ACN值,用以表达其对道面的影响。飞机制造商根据飞机重心后限、最大机坪重量、轮距和胎压计算ACN。ACN也把道面的土基强度考虑在内。土基强度被分为四个等级:高(A),中等(B),低(C),非常低(D)。胎压也有类似的分类:高(W),中等(X),低(Y),非常低(Z)。

  PCN有两种评定方法:一种是经验评定(Using aircraft method,U),一种是技术评定(Technical method,T)。经验评定是按照机场设施允许的最大飞机的ACN值来决定的。技术评定PCN值的来源是运行频次、应力水平限制、起落架种类和特定跑道所允许的最大全重。总的来说,PCN代码由五个部分组成:PCN数值、道面类型、土基类型、最大可用胎压和PCN评定方法。将PCN和ACN相结合,机场和飞机运行者就能够很好地了解跑道的承受能力以及在日常使用情况下跑道可以起降什么飞机。例如,肯尼迪国际机场的13R/31L跑道的PCN是98 /R/B/W/T,意味着它的承载能力是98,刚性道面(R),中等土基强度(B),可以承受各种胎压(W),PCN计算方式使用的是技术评定。

  有些时候,道面等级也许会被超过。例如,极少情况下,重型的宽体飞机在一个通常不接收这种飞机的机场降落。而飞机的重量和ACN也许会超过跑道的PCN,道面不一定会立刻受损。不过如果飞机超过PCN值很多,或者变成机场的常客,就会出现问题。一个极端的例子就是2013年,波音的梦想运输者飞机(Boeing Dreamlifter)意外地降落在威奇托的詹姆斯·贾巴拉上校机场,600000磅(约合272吨)是机场水泥跑道的设计承受能力的10倍。梦想运输者飞机离开之后,工程师检查了跑道,没有发现可见损伤,不过再加上冬季结冰/化冻期,跑道可能产生裂缝,这就需要修补。

  跑道的设计和施工通常需要2到4年。主要机场的跑道通常在建成20-30年后才需要一次全面的修复。跑道修复可以通过两种方式进行。一种是在修复过程中关闭跑道。尽管能把工程总用时减半或者更多,但是容量减少对机场运行来说代价太高。因此机场也许会选择在夜间关闭跑道进行施工。这样跑道在白天和傍晚还可以使用,尽管这样会把工期延长到一年或更长。

  跑道道面定期检查是否有裂痕、松散块或者其他潜在问题。发现问题的时候,就会对其进行修补。另外一项定期维护就是除胶。在数千次的降落之后,飞机轮胎的脱落物在接地地带累积,会给跑道的摩擦力和飞机的刹车造成问题。美国联邦航空管理局(FAA)要求跑道摩擦力水平在一定水平。机场可以选择使用加压水、化学洗剂或者物理方法除胶。

  全球的机场全年365天不间断地接收数百万次航班,这一条条的跑道都是按照这样一贯的需求而建造的。

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