新型雙剛?cè)娇蛰喬サ姆抡嫜芯?/h1>
2016-07-28 07:34:28劉肖英何雪濤張金云楊衛(wèi)民王若云丁玉梅
橡膠工業(yè) 2016年12期
劉肖英，何雪濤，張金云，楊衛(wèi)民，王若云，丁玉梅
（北京化工大學 機電工程學院，北京 100029）
飛機的著陸過程通常包括下滑、拉平、平飛、飄落和滑跑5個階段，著陸至飄落階段后航空輪胎在負荷大、速度高、下沉量大、變形大和充氣壓力高的工況下開始工作，飛機飄落過程對應(yīng)著航空輪胎在徑向載荷作用下以一定速度沖擊路面的過程，飛機的滑跑階段初始速度一般為288 km·h-1，對應(yīng)輪胎的工作狀態(tài)是以288 km·h-1初始水平速度開始的制動過程，飄落過程是瞬間完成的，而滑跑過程則相對持續(xù)很長一段時間，輪胎以接近完全滑動的狀態(tài)完成制動過程。飛機滑跑過程對航空輪胎性能提出了嚴峻的考驗，此階段航空輪胎很容易由于高溫生熱和劇烈磨損產(chǎn)生胎面膠點狀磨損、撕裂破損和胎面剝離等破壞形式[1]，甚至有爆胎的危險，因此，分析研究航空輪胎在飛機滑跑過程中的力學性能，并針對現(xiàn)有輪胎的薄弱之處研發(fā)設(shè)計耐磨、抗沖擊的新型航空輪胎具有重大意義。
目前，輪胎行業(yè)研究人員針對相關(guān)問題展開了大量的研究工作，臧孟炎等[2]對配有ABS系統(tǒng)的汽車輪胎在濕滑路面上的制動距離進行了仿真研究，利用ABAQUS軟件對干濕路面輪胎制動性能仿真結(jié)果進行比較，驗證了輪胎濕滑路面制動性能仿真評價方法的有效性。應(yīng)卓凡[3]利用ABAQUS軟件仿真分析制動時輪胎的接地摩擦力特性，得出純制動工況時縱向摩擦力與滑移率的關(guān)系以及側(cè)偏/制動聯(lián)合工況時橫向摩擦力與縱向摩擦力的特性。本工作以46/17R20航空子午線輪胎和一種新型高性能新概念輪胎——雙剛?cè)娇蛰喬檠芯繉ο螅糜邢拊椒ㄑ芯糠治霾煌Y(jié)構(gòu)的雙剛?cè)娇蛰喬ヅc傳統(tǒng)輪胎在靜載荷和全制動工況下的力學性能，以期為試驗輪胎的制作和新型輪胎的開發(fā)提供指導，并奠定一定的理論基礎(chǔ)。
1 實驗
1.1 幾何模型
46/17R20航空輪胎的骨架材料結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由錦綸胎體簾布層、錦綸帶束層、胎圈鋼絲以及芳綸冠帶層四部分組成。其中，胎體簾布層由從內(nèi)到外繞胎圈反包高度逐漸增大的4層反包簾布層以及正包高度大致相同的2層正包簾布層組成；帶束層由8層沿胎面寬度方向長度不同的錦綸簾布層組成，簾布長度由內(nèi)到外依次減小，帶束層簾線與輪胎子午方向夾角為75°，相鄰兩層帶束層交叉排列；胎圈部位直徑較小的胎圈鋼絲以環(huán)形陣列緊密圍繞在中間一根直徑較大的鋼絲周圍，整體圍繞成圓形斷面，鋼絲與鋼絲之間沒有掛膠；冠帶層是1層芳綸簾布，位于帶束層外側(cè)，用來箍緊輪胎并緩沖飛機著陸時與地面的沖擊。
圖1 46/17R20航空輪胎
雙剛?cè)娇蛰喬ト鐖D2所示，其與傳統(tǒng)航空輪胎不同之處在于雙剛?cè)娇蛰喬ダ?層模量很大的碳纖維高分子材料替代傳統(tǒng)航空輪胎的錦綸或者芳綸帶束層及帶束層掛膠。剛性材料是外剛?cè)?，輪輞是內(nèi)剛?cè)?，碳纖維高分子材料的抗拉強度和彈性模量遠遠高于鋼絲簾線，密度卻只有鋼絲簾線的1/4，因此雙剛?cè)娇蛰喬ゾ哂械兔芏?、低滾動阻力、耐磨、抗沖擊和抗刺扎等優(yōu)點[4]。
圖2 雙剛?cè)娇蛰喬?/p>
1.2 有限元模型
雙剛?cè)娇蛰喬サ慕７椒ㄅc傳統(tǒng)航空輪胎相同，先在ABAQUS軟件CAE模式下對二維幾何模型進行材料屬性賦予和網(wǎng)格劃分得到二維有限元模型，如圖3和4所示，然后編寫程序語言input文件，其中語句包括模型旋轉(zhuǎn)命令，充氣、靜載荷、全制動工況分析命令以及結(jié)果輸出定義命令等，利用input文件調(diào)用二維有限元模型，完成三維模型建立、充氣和沖擊工況的有限元分析及有限元分析結(jié)果的輸出。分析中主要載荷包括充氣壓力（1 MPa）和徑向集中載荷（30 kN）。考慮到橡膠基體材料的超彈性和不可壓縮性，選用CGAX4H對稱實體雜交單元，胎體和帶束層等骨架材料選用SFMGAX1型線性單元，并以rebar層的形式嵌入到橡膠基體中，利用interaction命令將橡膠基體材料和骨架材料聯(lián)系成一個有機整體。
圖3 傳統(tǒng)46/17R20航空輪胎的二維有限元模型
圖4 雙剛?cè)娇蛰喬サ亩S有限元模型
橡膠材料具有超彈性、不可壓縮性和大變形等特點，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為明顯的非線性，目前比較完善的橡膠本構(gòu)模型是Yeoh材料模型（考慮剪切模量隨變形變化），一般用該模型來描述橡膠的力學行為，其應(yīng)變能函數(shù)如下[5]：
式中W為應(yīng)變能；A10，A20和A30是測量得到的材料常數(shù)，通過修改3個系數(shù)來表征不同的橡膠材料；I1是主伸長比的第一不變量，λi（i=1，2，3）為3個主伸長比。
1.3 方案
建立46/17R20航空輪胎（方案A）以及3種外剛?cè)S向長度不同的雙剛?cè)娇蛰喬ツＰ?，并?種雙剛?cè)娇蛰喬グ赐鈩側(cè)S向長度由小到大的順序定義為雙剛?cè)娇蛰喬?，2和3模型，分別為方案B，C和D。在載荷和邊界條件完全相同的條件下對4種航空輪胎模型進行靜載荷和全制動工況有限元分析，根據(jù)后處理結(jié)果分析雙剛?cè)娇蛰喬サ牧W性能優(yōu)越性以及外剛?cè)S向長度對其性能的影響。
2 有限元分析結(jié)果
2.1 靜載荷工況
輪胎剛度特性是指作用在輪胎上的載荷與對應(yīng)的變形之間的關(guān)系[6]。航空輪胎工作過程中較少涉及轉(zhuǎn)向和橫向載荷，因此本研究主要針對輪胎的徑向剛度和縱向剛度。
徑向剛度是影響輪胎承載能力和乘坐舒適性能的重要特征參數(shù)。圖5示出了4種航空輪胎的徑向剛度曲線。從圖5可以看出，3種雙剛?cè)娇蛰喬较騽偠让黠@大于傳統(tǒng)航空輪胎，方案D輪胎徑向剛度比方案A輪胎提高了61.7%，即雙剛?cè)娇蛰喬サ某休d能力顯著提高，能夠減少由于輪胎剛度低引起的制動過程中兩側(cè)胎肩磨損過快的問題。另外，方案B，C和D雙剛?cè)娇蛰喬サ膹较騽偠扰c外剛?cè)S向長度成正比，即外剛?cè)S向長度越大，輪胎承載能力越好。
圖5 4種航空輪胎的徑向剛度曲線
輪胎的縱向剛度是影響輪胎制動性能的重要因素，尤其是對于幾乎完全處于滑動狀態(tài)的航空輪胎，其縱向剛度性能更加重要。圖6示出了4種航空輪胎的縱向剛度曲線。從圖6可以看出，方案A航空輪胎的縱向剛度最大，其次是方案C和B輪胎，方案D輪胎縱向剛度最小。與方案A輪胎相比，方案C輪胎的縱向剛度降低了13%。雙剛?cè)娇蛰喬サ目v向剛度隨外剛?cè)S向長度的增大呈先增大后減小的趨勢。綜合考慮輪胎的徑向和縱向剛度，方案C輪胎是結(jié)構(gòu)比較合理的雙剛?cè)娇蛰喬ィ涑休d能力明顯提高，變形小，生熱低，綜合優(yōu)勢明顯。
圖6 4種航空輪胎的縱向剛度曲線
2.2 制動工況
以288 km·h-1初始水平速度對輪胎減速全制動工況進行分析。胎面膠的等效應(yīng)力分布能夠直觀地反映接地區(qū)域胎面膠的受力情況。圖7示出了傳統(tǒng)航空輪胎的等效應(yīng)力云圖。從圖7可以看出胎面膠的等效應(yīng)力分布規(guī)律，即傳統(tǒng)航空輪胎肩部橡膠出現(xiàn)等效應(yīng)力峰值點，冠部膠應(yīng)力明顯小于該峰值。
圖7 傳統(tǒng)航空輪胎的等效應(yīng)力云圖
圖8定量示出了4種航空輪胎胎面膠沿紅色直線（見圖7）各節(jié)點的等效應(yīng)力數(shù)值關(guān)系。從圖8可以看出：方案A，B，C和D航空輪胎等效應(yīng)力最大值分別為1.153 4，1.192 3，1.168 63和1.799 7 MPa，方案A，B和C輪胎最大等效應(yīng)力相差不多，方案D輪胎明顯大于前三者，方案A輪胎等效應(yīng)力最大值點在胎肩部位，而雙剛?cè)娇蛰喬プ畲笾稻霈F(xiàn)在胎冠中心點處，胎肩無應(yīng)力集中，因此綜合考慮等效應(yīng)力值及總體分布，方案B和C輪胎是結(jié)構(gòu)比較理想的雙剛?cè)娇蛰喬ィ軌蛎黠@改善制動過程中出現(xiàn)的肩部應(yīng)力集中現(xiàn)象，減少磨肩、磨冠等現(xiàn)象的發(fā)生。
圖8 4種航空輪胎胎面膠等效應(yīng)力分布
輪胎接觸壓力分布是影響輪胎耐磨、制動以及通過性能的重要指標，行駛過程中輪胎的磨冠和磨肩等不正常磨損現(xiàn)象是由于接觸壓力分布不均勻直接引起的。圖9示出了傳統(tǒng)航空輪胎的接觸壓力云圖。圖10定量示出了4種航空輪胎的接觸壓力沿紅色直線（見圖9）上各節(jié)點的等效應(yīng)力分布規(guī)律。從圖10可以看出：方案A，B，C和D輪胎接觸壓力最大值分別為0.819 67，1.368 89，1.475 83和1.603 28 MPa，雙剛?cè)娇蛰喬サ慕佑|壓力明顯大于傳統(tǒng)航空輪胎；方案B，C和D輪胎的接觸壓力分布規(guī)律完全相同，且接觸壓力最大值與外剛?cè)S向長度成正比。總之，雙剛?cè)娇蛰喬サ慕佑|壓力在分布規(guī)律和均勻性方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)航空輪胎，并且外剛?cè)S向長度越大，接地性能優(yōu)異性越明顯，能夠很大程度上提高航空輪胎的耐磨和制動性能。
圖10 4種航空輪胎的接觸壓力的等效應(yīng)力分布
制動工況下傳統(tǒng)航空輪胎沿縱向剪切方向的接觸壓力云圖如圖11所示，圖中左右2條黃色線分別定義為L1和L2，分別為滾動后方和前方區(qū)域兩個相反方向的剪切接觸壓力區(qū)域中心線，滾動前方剪切壓力向前，滾動后方剪切壓力向后，即滾動后方橡膠主要起降低速度的作用。
圖11 傳統(tǒng)航空輪胎沿縱向剪切方向的接觸壓力云圖
圖12和13分別示出了4種航空輪胎沿L1和L2的縱向剪切接觸壓力分布曲線。L1上各節(jié)點縱向剪切接觸壓力作為一種阻礙輪胎制動效果的相互作用力。從圖12和13可以看出，A方案輪胎L1上各節(jié)點縱向剪切接觸壓力遠大于方案B，C和D輪胎，即路面對傳統(tǒng)航空輪胎向前縱向接觸壓力遠大于雙剛?cè)娇蛰喬?，而對于L2上各節(jié)點縱向接觸壓力，方案A輪胎明顯小于方案B，C和D輪胎，L2上各節(jié)點縱向接觸壓力方向指向滾動后方，因此接觸壓力越大，越有利于輪胎的減速過程，即雙剛?cè)娇蛰喬ピ跐L動前后方區(qū)域縱向接觸壓力分布和數(shù)值方面優(yōu)于傳統(tǒng)航空輪胎，減速更快，制動性能優(yōu)異。
圖12 4種航空輪胎沿L1的縱向剪切接觸壓力分布曲線
3 結(jié)論
圖13 4種航空輪胎沿L2的縱向剪切接觸壓力分布曲線
（1）與傳統(tǒng)航空輪胎相比，雙剛?cè)娇蛰喬サ膹较騽偠蕊@著提高，縱向剛度略有下降，綜合考慮徑向和縱向剛度，方案C輪胎較優(yōu)。
（2）雙剛?cè)娇蛰喬ヌッ娴刃?yīng)力分布規(guī)律明顯優(yōu)于傳統(tǒng)航空輪胎，可以明顯改善傳統(tǒng)航空輪胎肩部橡膠應(yīng)力集中的現(xiàn)象，減少磨肩和磨冠現(xiàn)象。
（3）雙剛?cè)娇蛰喬ヌッ鎻较蚝涂v向接觸壓力明顯大于傳統(tǒng)航空輪胎，且接觸壓力值與外剛?cè)S向長度大致成正比，僅考慮輪胎接觸性能，D方案輪胎的接地性能和制動性能最優(yōu)。雙剛?cè)娇蛰喬サ某休d能力、接地性能和制動性能均優(yōu)于傳統(tǒng)航空輪胎，綜合考慮外剛?cè)S向長度適中的方案C輪胎性能最優(yōu)。
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（北京化工大學 機電工程學院，北京 100029）
飛機的著陸過程通常包括下滑、拉平、平飛、飄落和滑跑5個階段，著陸至飄落階段后航空輪胎在負荷大、速度高、下沉量大、變形大和充氣壓力高的工況下開始工作，飛機飄落過程對應(yīng)著航空輪胎在徑向載荷作用下以一定速度沖擊路面的過程，飛機的滑跑階段初始速度一般為288 km·h-1，對應(yīng)輪胎的工作狀態(tài)是以288 km·h-1初始水平速度開始的制動過程，飄落過程是瞬間完成的，而滑跑過程則相對持續(xù)很長一段時間，輪胎以接近完全滑動的狀態(tài)完成制動過程。飛機滑跑過程對航空輪胎性能提出了嚴峻的考驗，此階段航空輪胎很容易由于高溫生熱和劇烈磨損產(chǎn)生胎面膠點狀磨損、撕裂破損和胎面剝離等破壞形式[1]，甚至有爆胎的危險，因此，分析研究航空輪胎在飛機滑跑過程中的力學性能，并針對現(xiàn)有輪胎的薄弱之處研發(fā)設(shè)計耐磨、抗沖擊的新型航空輪胎具有重大意義。
目前，輪胎行業(yè)研究人員針對相關(guān)問題展開了大量的研究工作，臧孟炎等[2]對配有ABS系統(tǒng)的汽車輪胎在濕滑路面上的制動距離進行了仿真研究，利用ABAQUS軟件對干濕路面輪胎制動性能仿真結(jié)果進行比較，驗證了輪胎濕滑路面制動性能仿真評價方法的有效性。應(yīng)卓凡[3]利用ABAQUS軟件仿真分析制動時輪胎的接地摩擦力特性，得出純制動工況時縱向摩擦力與滑移率的關(guān)系以及側(cè)偏/制動聯(lián)合工況時橫向摩擦力與縱向摩擦力的特性。本工作以46/17R20航空子午線輪胎和一種新型高性能新概念輪胎——雙剛?cè)娇蛰喬檠芯繉ο螅糜邢拊椒ㄑ芯糠治霾煌Y(jié)構(gòu)的雙剛?cè)娇蛰喬ヅc傳統(tǒng)輪胎在靜載荷和全制動工況下的力學性能，以期為試驗輪胎的制作和新型輪胎的開發(fā)提供指導，并奠定一定的理論基礎(chǔ)。
1 實驗
1.1 幾何模型
46/17R20航空輪胎的骨架材料結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由錦綸胎體簾布層、錦綸帶束層、胎圈鋼絲以及芳綸冠帶層四部分組成。其中，胎體簾布層由從內(nèi)到外繞胎圈反包高度逐漸增大的4層反包簾布層以及正包高度大致相同的2層正包簾布層組成；帶束層由8層沿胎面寬度方向長度不同的錦綸簾布層組成，簾布長度由內(nèi)到外依次減小，帶束層簾線與輪胎子午方向夾角為75°，相鄰兩層帶束層交叉排列；胎圈部位直徑較小的胎圈鋼絲以環(huán)形陣列緊密圍繞在中間一根直徑較大的鋼絲周圍，整體圍繞成圓形斷面，鋼絲與鋼絲之間沒有掛膠；冠帶層是1層芳綸簾布，位于帶束層外側(cè)，用來箍緊輪胎并緩沖飛機著陸時與地面的沖擊。
圖1 46/17R20航空輪胎
雙剛?cè)娇蛰喬ト鐖D2所示，其與傳統(tǒng)航空輪胎不同之處在于雙剛?cè)娇蛰喬ダ?層模量很大的碳纖維高分子材料替代傳統(tǒng)航空輪胎的錦綸或者芳綸帶束層及帶束層掛膠。剛性材料是外剛?cè)?，輪輞是內(nèi)剛?cè)?，碳纖維高分子材料的抗拉強度和彈性模量遠遠高于鋼絲簾線，密度卻只有鋼絲簾線的1/4，因此雙剛?cè)娇蛰喬ゾ哂械兔芏?、低滾動阻力、耐磨、抗沖擊和抗刺扎等優(yōu)點[4]。
圖2 雙剛?cè)娇蛰喬?/p>
1.2 有限元模型
雙剛?cè)娇蛰喬サ慕７椒ㄅc傳統(tǒng)航空輪胎相同，先在ABAQUS軟件CAE模式下對二維幾何模型進行材料屬性賦予和網(wǎng)格劃分得到二維有限元模型，如圖3和4所示，然后編寫程序語言input文件，其中語句包括模型旋轉(zhuǎn)命令，充氣、靜載荷、全制動工況分析命令以及結(jié)果輸出定義命令等，利用input文件調(diào)用二維有限元模型，完成三維模型建立、充氣和沖擊工況的有限元分析及有限元分析結(jié)果的輸出。分析中主要載荷包括充氣壓力（1 MPa）和徑向集中載荷（30 kN）。考慮到橡膠基體材料的超彈性和不可壓縮性，選用CGAX4H對稱實體雜交單元，胎體和帶束層等骨架材料選用SFMGAX1型線性單元，并以rebar層的形式嵌入到橡膠基體中，利用interaction命令將橡膠基體材料和骨架材料聯(lián)系成一個有機整體。
圖3 傳統(tǒng)46/17R20航空輪胎的二維有限元模型
圖4 雙剛?cè)娇蛰喬サ亩S有限元模型
橡膠材料具有超彈性、不可壓縮性和大變形等特點，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為明顯的非線性，目前比較完善的橡膠本構(gòu)模型是Yeoh材料模型（考慮剪切模量隨變形變化），一般用該模型來描述橡膠的力學行為，其應(yīng)變能函數(shù)如下[5]：
式中W為應(yīng)變能；A10，A20和A30是測量得到的材料常數(shù)，通過修改3個系數(shù)來表征不同的橡膠材料；I1是主伸長比的第一不變量，λi（i=1，2，3）為3個主伸長比。
1.3 方案
建立46/17R20航空輪胎（方案A）以及3種外剛?cè)S向長度不同的雙剛?cè)娇蛰喬ツＰ?，并?種雙剛?cè)娇蛰喬グ赐鈩側(cè)S向長度由小到大的順序定義為雙剛?cè)娇蛰喬?，2和3模型，分別為方案B，C和D。在載荷和邊界條件完全相同的條件下對4種航空輪胎模型進行靜載荷和全制動工況有限元分析，根據(jù)后處理結(jié)果分析雙剛?cè)娇蛰喬サ牧W性能優(yōu)越性以及外剛?cè)S向長度對其性能的影響。
2 有限元分析結(jié)果
2.1 靜載荷工況
輪胎剛度特性是指作用在輪胎上的載荷與對應(yīng)的變形之間的關(guān)系[6]。航空輪胎工作過程中較少涉及轉(zhuǎn)向和橫向載荷，因此本研究主要針對輪胎的徑向剛度和縱向剛度。
徑向剛度是影響輪胎承載能力和乘坐舒適性能的重要特征參數(shù)。圖5示出了4種航空輪胎的徑向剛度曲線。從圖5可以看出，3種雙剛?cè)娇蛰喬较騽偠让黠@大于傳統(tǒng)航空輪胎，方案D輪胎徑向剛度比方案A輪胎提高了61.7%，即雙剛?cè)娇蛰喬サ某休d能力顯著提高，能夠減少由于輪胎剛度低引起的制動過程中兩側(cè)胎肩磨損過快的問題。另外，方案B，C和D雙剛?cè)娇蛰喬サ膹较騽偠扰c外剛?cè)S向長度成正比，即外剛?cè)S向長度越大，輪胎承載能力越好。
圖5 4種航空輪胎的徑向剛度曲線
輪胎的縱向剛度是影響輪胎制動性能的重要因素，尤其是對于幾乎完全處于滑動狀態(tài)的航空輪胎，其縱向剛度性能更加重要。圖6示出了4種航空輪胎的縱向剛度曲線。從圖6可以看出，方案A航空輪胎的縱向剛度最大，其次是方案C和B輪胎，方案D輪胎縱向剛度最小。與方案A輪胎相比，方案C輪胎的縱向剛度降低了13%。雙剛?cè)娇蛰喬サ目v向剛度隨外剛?cè)S向長度的增大呈先增大后減小的趨勢。綜合考慮輪胎的徑向和縱向剛度，方案C輪胎是結(jié)構(gòu)比較合理的雙剛?cè)娇蛰喬ィ涑休d能力明顯提高，變形小，生熱低，綜合優(yōu)勢明顯。
圖6 4種航空輪胎的縱向剛度曲線
2.2 制動工況
以288 km·h-1初始水平速度對輪胎減速全制動工況進行分析。胎面膠的等效應(yīng)力分布能夠直觀地反映接地區(qū)域胎面膠的受力情況。圖7示出了傳統(tǒng)航空輪胎的等效應(yīng)力云圖。從圖7可以看出胎面膠的等效應(yīng)力分布規(guī)律，即傳統(tǒng)航空輪胎肩部橡膠出現(xiàn)等效應(yīng)力峰值點，冠部膠應(yīng)力明顯小于該峰值。
圖7 傳統(tǒng)航空輪胎的等效應(yīng)力云圖
圖8定量示出了4種航空輪胎胎面膠沿紅色直線（見圖7）各節(jié)點的等效應(yīng)力數(shù)值關(guān)系。從圖8可以看出：方案A，B，C和D航空輪胎等效應(yīng)力最大值分別為1.153 4，1.192 3，1.168 63和1.799 7 MPa，方案A，B和C輪胎最大等效應(yīng)力相差不多，方案D輪胎明顯大于前三者，方案A輪胎等效應(yīng)力最大值點在胎肩部位，而雙剛?cè)娇蛰喬プ畲笾稻霈F(xiàn)在胎冠中心點處，胎肩無應(yīng)力集中，因此綜合考慮等效應(yīng)力值及總體分布，方案B和C輪胎是結(jié)構(gòu)比較理想的雙剛?cè)娇蛰喬ィ軌蛎黠@改善制動過程中出現(xiàn)的肩部應(yīng)力集中現(xiàn)象，減少磨肩、磨冠等現(xiàn)象的發(fā)生。
圖8 4種航空輪胎胎面膠等效應(yīng)力分布
輪胎接觸壓力分布是影響輪胎耐磨、制動以及通過性能的重要指標，行駛過程中輪胎的磨冠和磨肩等不正常磨損現(xiàn)象是由于接觸壓力分布不均勻直接引起的。圖9示出了傳統(tǒng)航空輪胎的接觸壓力云圖。圖10定量示出了4種航空輪胎的接觸壓力沿紅色直線（見圖9）上各節(jié)點的等效應(yīng)力分布規(guī)律。從圖10可以看出：方案A，B，C和D輪胎接觸壓力最大值分別為0.819 67，1.368 89，1.475 83和1.603 28 MPa，雙剛?cè)娇蛰喬サ慕佑|壓力明顯大于傳統(tǒng)航空輪胎；方案B，C和D輪胎的接觸壓力分布規(guī)律完全相同，且接觸壓力最大值與外剛?cè)S向長度成正比。總之，雙剛?cè)娇蛰喬サ慕佑|壓力在分布規(guī)律和均勻性方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)航空輪胎，并且外剛?cè)S向長度越大，接地性能優(yōu)異性越明顯，能夠很大程度上提高航空輪胎的耐磨和制動性能。
圖10 4種航空輪胎的接觸壓力的等效應(yīng)力分布
制動工況下傳統(tǒng)航空輪胎沿縱向剪切方向的接觸壓力云圖如圖11所示，圖中左右2條黃色線分別定義為L1和L2，分別為滾動后方和前方區(qū)域兩個相反方向的剪切接觸壓力區(qū)域中心線，滾動前方剪切壓力向前，滾動后方剪切壓力向后，即滾動后方橡膠主要起降低速度的作用。
圖11 傳統(tǒng)航空輪胎沿縱向剪切方向的接觸壓力云圖
圖12和13分別示出了4種航空輪胎沿L1和L2的縱向剪切接觸壓力分布曲線。L1上各節(jié)點縱向剪切接觸壓力作為一種阻礙輪胎制動效果的相互作用力。從圖12和13可以看出，A方案輪胎L1上各節(jié)點縱向剪切接觸壓力遠大于方案B，C和D輪胎，即路面對傳統(tǒng)航空輪胎向前縱向接觸壓力遠大于雙剛?cè)娇蛰喬?，而對于L2上各節(jié)點縱向接觸壓力，方案A輪胎明顯小于方案B，C和D輪胎，L2上各節(jié)點縱向接觸壓力方向指向滾動后方，因此接觸壓力越大，越有利于輪胎的減速過程，即雙剛?cè)娇蛰喬ピ跐L動前后方區(qū)域縱向接觸壓力分布和數(shù)值方面優(yōu)于傳統(tǒng)航空輪胎，減速更快，制動性能優(yōu)異。
圖12 4種航空輪胎沿L1的縱向剪切接觸壓力分布曲線
3 結(jié)論
圖13 4種航空輪胎沿L2的縱向剪切接觸壓力分布曲線
（1）與傳統(tǒng)航空輪胎相比，雙剛?cè)娇蛰喬サ膹较騽偠蕊@著提高，縱向剛度略有下降，綜合考慮徑向和縱向剛度，方案C輪胎較優(yōu)。
（2）雙剛?cè)娇蛰喬ヌッ娴刃?yīng)力分布規(guī)律明顯優(yōu)于傳統(tǒng)航空輪胎，可以明顯改善傳統(tǒng)航空輪胎肩部橡膠應(yīng)力集中的現(xiàn)象，減少磨肩和磨冠現(xiàn)象。
（3）雙剛?cè)娇蛰喬ヌッ鎻较蚝涂v向接觸壓力明顯大于傳統(tǒng)航空輪胎，且接觸壓力值與外剛?cè)S向長度大致成正比，僅考慮輪胎接觸性能，D方案輪胎的接地性能和制動性能最優(yōu)。雙剛?cè)娇蛰喬サ某休d能力、接地性能和制動性能均優(yōu)于傳統(tǒng)航空輪胎，綜合考慮外剛?cè)S向長度適中的方案C輪胎性能最優(yōu)。
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