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機場瀝青混凝土跑道局部損壞安全風險分析

文檔作者：王維，溫俊文檔來源：中國民航大學機場學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月21日
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機場瀝青混凝土跑道局部損壞安全風險分析
王維，溫俊
(中國民航大學機場學院，天津300300)
摘要：對機場瀝青混凝土跑道各種損壞的安全風險進行了系統(tǒng)研究，建立了風險度尺的計算模型和方法。在大量
現(xiàn)場對比與關聯(lián)分析基礎上，給出了破損安全風險定級的標度(A、B、C、D)和相應的破損處置措施(停航搶
修、航閱搶修、航后維修和計劃維修) 通過應用算例說明了方法的實用性。
關鍵詞：機場；瀝青混凝土跑道：損壞：安全風險
中圖分類號：X951 文獻標志碼：A 文章編號：1674—5590(2013)02一0046—05
Research on safety risk of aerodrome asphaIt concrete
runway local damages
WANG Wei．WEN jun
(A卸on co№ge，甜UC，n嘶梳300300，∞ino)
Abs旬ract：Thmugh the systernati(、【eseaI℃h of ail kinds of the ajrport asphaIt eonerete nIflway damages，the mode』and
methodology aI℃established to calculate the saf毫fy risk index．Based on a great quantity of 6eld comparison
and correlation analysis，the safety risk rating scales (A，B，C，D)and fhe corresponding measures
(suspended repajr，repaif be￡ween釘ights，post—nighf main￡enance，scheduled main￡enance)are puI fonVard．
Finally，the application demonstrafes the efrectlveness of the methodology．
Key words：aemdmme；asphalt concrete nlnway；daⅡlage；safety risk
機場跑道狀況對于飛行安全具有重要影響。目
前，中國許多樞紐和干線機場，如北京首都機場、上海
虹橋機場、天津濱海機場、哈爾濱太平機場等，出于不
停航施工的便利性考慮，都對原來的水泥混凝土跑道
進行了柔性加鋪，形成了瀝青混凝土道面。由于瀝青
混凝土在剛度、強度等諸多方面都不及水泥混凝土，
加之機場繁忙，因此不可避免地會出現(xiàn)各種形態(tài)的局
部損壞。
目前，國內外對瀝青跑道損壞與航空器運行安全的
關系尚缺乏系統(tǒng)研究【ll，一些規(guī)章、標準對瀝青跑道在何
種狀態(tài)下是適航的也沒有明確規(guī)定㈣，從而給瀝青跑道
的日常維護(特別是應急維修)和安全評價帶來了很大
的困惑，不利于機場跑道安全水平的提升與管理。
為16種。而本文從影響航空器安全角度出發(fā)，針對其
具體危害表現(xiàn)，可將其分為4類、7種形態(tài)，如表1所
示。研究表明，破裂類損壞的主要危害為道面碎塊可
能導致飛機發(fā)動機FOD(foreign objecc damage，外來物
損傷)；缺損類和變形類缺陷可能導致飛機滑跑時產
生強烈顛簸、振動；磨光類損壞的主要危害為跑道道
面摩擦系數(shù)降低，使飛機產生滑{留現(xiàn)象。
表1瀝青跑道損壞分類和潛在安全風險
T曲．1 aass嫡cation of￡he asphalf nlnway d8mages a蝴
potential safbty risl‘s
損壞種類代碼I Ⅱ Ⅲ Ⅳ
損壞種類名稱
損害形態(tài)名稱
主要潛在危險
破裂
龜裂。塊裂，補塊
FOD
缺損變形
坑槽沉陷，隆起
飛機顛簸、振動
磨光
滑溜
道面摩阻性差
1瀝青跑道局部損壞類型及危害分析
2跑道局部損壞風險計算模型
根據《民用機場瀝青混凝土道面設計規(guī)范》【3]以及
道面摩阻系數(shù)要求等因素，瀝青跑道損害類型大致分根據問題特點，選用風險指數(shù)尺(risk index)作
收稿日期：2叭2一06—08；修回日期：2012一08—30
作者簡介：王維(19∞一)。男，河北豐南人，教授，碩上．研究方向為機場工程
萬方數(shù)據
第3l卷第2期王維，溫?。簷C場瀝青混凝土跑道局部損壞安全風險分析
一47一
為指標，綜合考慮損壞引發(fā)事故的可能性和危害性
(即風險度)進行風險判別。對瀝青跑道，其損壞風險
度與損壞類型、損壞程度(深度、面積、長度等)、損壞
位置(隱含機型組合、跑道幾何參數(shù)、飛機飛行性能等
影響)等因素有關。
根據安全工程學理論并結合瀝青跑道損壞影響
問題特點[4j，采用以下模型計算損壞風險度
l m n l
R=100(≮cc％)～=100[qn＆兀％]一(1)
i=l l=1
式中：尺為損壞風險指數(shù)，0～100；c^為損壞種類風險系
數(shù)，0～1；c，為接觸損壞的風險系數(shù)，0～1；R。?為接觸損
壞的風險系數(shù)因子，0～l；cn為損壞程度風險系數(shù)，0～
1；R。為損壞程度風險系數(shù)因子，0～1；m為接觸損壞風
險系數(shù)因子個數(shù)；n為損壞程度風險系數(shù)因子個數(shù)。
3損壞種類風險系數(shù)計算
如前所述，瀝青跑道損壞有4類，因安全風險各
不相同，需要對其進行影響權重排序。由于層次分析
法AHP(the analytic hierarchy process，簡稱AHP)具有
定性、定量分析相結合的特點，口J‘將人的主觀判斷做
定量處理，故采用AHP進行瀝青跑道損壞種類風險系
數(shù)的計算分析。
定義瀝青跑道破裂類、缺損類、變形類、磨光類損
壞的風險權重分別為形。、形：、形。、形。。則對本問題，構
造判斷矩陣如下，其中
吩=鯽。／嘶i√=1，2，3，4
Ⅱll 0Iz Ⅱl’ 014
AA=：’：礎82國甌} ((22))
毋l ck n∞ n弭
l國l ‰ 啦3 ‰J
％取值及含義采用表2所示的9標度法。
表2判斷矩陣的標度
Tab．2 Judgment matrix scal姻
根據研究、調查和分析，依據各權重的相對重要
性，構造判斷矩陣如下
l 糾8 彰7 1
8／9 1 8／7 8／9
A 2}7／9 7，8 1 7／9
： l 9／8 9／7 1
j
通過求解判斷矩陣A的最大特征值、特征向量并
對其進行檢驗，得出W=(0．274，0．243，0．227，0’257)’。
為滿足風險度計算要求，將最高級別風險系數(shù)定義為
l，于是可根據歸一化特征向量求得機場瀝青跑道7
種損壞形態(tài)的對應風險系數(shù)，如表3所示。
表3各種損壞的風險系數(shù)
Tab．3 msk coemcients of alI“nds of d蛐ag鶴
損壞種類代碼I
損壞種類名稱破裂
損害形態(tài)名稱龜裂，塊裂，補塊
損害風險系數(shù)1．000
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
缺損變形磨光
坑槽沉陷，隆起滑溜
O．889 O．828 O．939
4損壞接觸風險系數(shù)計算
4．1第1類損壞的接觸風險系數(shù)
破裂類損壞的主要潛在威脅在于FOD㈣，因此應
主要考慮損壞對飛機噴氣發(fā)動機的影響，即跑道損壞
位置與噴氣發(fā)動機的接近程度，包括道面損壞的橫向
位置、機型組合與運行架次、飛機噴氣發(fā)動機高度等
因素。
4．1．1橫向風險系數(shù)尺，
某機型的橫向風險系數(shù)定義如下弘卜高努‰ (3)
式中：玩為道面損壞位置與跑道中線距離(m)；D。為
飛機發(fā)動機中心與機身中線的距離(m)；肜，為跑道寬
度(m)。
運行機隊的橫向風險系數(shù)定義如下
Σ心尺， R，=—— (4)
ΣⅣf
式中：Ⅳf為某機型一定時間內運行架次。注意，4發(fā)飛
機的Ⅳ。為實際運行架次2倍；尺，為各機型橫向風險
系數(shù)。
4．1．2豎向風險系數(shù)尺．
某機型的豎向風險系數(shù)定義如下
m=1一^： (5)
式中：^。為某機型歸一化發(fā)動機垂直高度(發(fā)動機下緣
與地面距離)，用下式計算
萬方數(shù)據
一48一
中國民航大學學報2013年4月
————————————————————————————————————————————一危，：衛(wèi)
Σ日i
式中：日。為各機型發(fā)動機下緣垂直高度。
機隊豎向風險系數(shù)定義如下
尺．，Σ=尺—，Ⅳ—f
ΣM
(6)
(7)
式中：m為某機型一定時間內運行架次。注意，4發(fā)飛
機的m為實際運行架次2倍。
4．2第Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類損壞接觸風險系數(shù)
影響機輪輪跡橫向分布的主要因素有飛機類型、
主起落架組數(shù)、機輪間距和輪胎寬度等。根據飛行試
驗和統(tǒng)計分析，飛機在跑道上滑跑時，其機輪在跑道
橫向上符合正態(tài)分布【6】。
對于離跑道中線距離為￡、損壞寬度為肜。的某
類損壞，飛機機輪從該處軋過的概率為
p=Jr吣曠一、】 rW棚 1 一了l “石)出=i——Le”(k ‘ J。一彤，?！虎髏 、／2耵礦
(8)
式中：形D為道面損壞寬度；形。為飛機輪輪印寬度(對
于多輪起落架，為外輪外側間距)；L為損壞位置離跑
道中線的距離。
顯然，跑道損壞位置越靠近中線，損壞面積越大，
機輪從該位置軋過的可能性就越大。
對于缺損(Ⅱ類)、變形(Ⅲ類)和磨光(Ⅳ類)損
壞，其影響主要體現(xiàn)在飛機機輪通過損壞位置時對飛
機造成的影響，因此計算破損位置風險時主要考慮損
壞位置與機輪的接近程度，用橫向風險系數(shù)表示。某
機型的橫向風險系數(shù)定義如下，機隊橫向風險系數(shù)公
式同式(4)，但這里的R，指各機型第Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類
損壞接觸橫向風險系數(shù)，ⅣI指某機型一定時間內運行
架次，且當飛機有4組主起落架時，運行架次加倍即卜高黔‰ (9)
式中：鞏為損壞位置與跑道中線距離(m)；D。為飛機
主起落架輪組中心與機身中線的距離(m)；形，為跑道
寬度(m)。
5危害程度風險系數(shù)計算
5．1第1類損壞的危害程度風險系數(shù)
第1類損壞主要涉及龜裂、塊裂和補塊。其危害
程度主要用松動狀況來進行衡量，即仍然主要考慮造
成FOD的風險舊。根據前面分析，可用下式來計算危害
程度風險系數(shù)
『0．10損壞無松動
C。={0．50損壞有部分松動(10)
1．00損壞有大量松動
5．2 第Ⅱ類損壞的危害程度風險系數(shù)
第Ⅱ類損壞為坑槽，其危害程度由坑槽深度和機
輪嵌入情況(隱含坑槽幾何特征)而定。
根據《附件14》卷I附篇A同、《機場勤務手冊》和
Boeing飛機振動研究資料，為保障飛行安全，機場道
面的坑槽深度一般不得超過3 cm。當坑槽深度為3～5
cm時飛機振動較大，而當坑槽深度超過5 cm時飛機
振動加劇，不能接受。另據Boeing有關飛機振動的研
究，當飛機在道面上安全滑跑時，其豎向加速度不超
過±0．4 d8圳。并且經過飛機滑跑遭遇坑槽的力學模型
計算，表明欲使飛機豎向加速度不得超過±o．4 g，坑槽
深度不得大于4 cm。如果考慮起落架阻尼效應，此值
還略可增加，因此控制坑槽深度不超過5 cm是合理
的?據此，坑槽深度風險系數(shù)按以下原則確定
恥嚆
下面分析機輪遭遇坑槽時的嵌入情況。顯然，如
果坑槽較小，對機輪不會造成影響。只有機輪部分或
全部嵌入坑槽，飛機才會受到影響。根據坑槽的寬度
(垂直跑道中線方向)、長度(平行跑道中線方向)與機
輪輪印寬度(垂直跑道中線方向)、長度(平行跑道中
線方向)的對比，機輪遭遇坑槽時出現(xiàn)的嵌人情況有
懸浮、半臥和全臥三種。為判斷機輪一坑槽嵌臥關系，
需將損壞坑槽面積與機輪輪印面積進行比較。根據
《民用機場水泥混凝土道面設計規(guī)范》吧機輪輪印尺
寸計算方法如下：
輪印長度(mm) 扛、／醬?)
輪印寬度(mm)
形，=0．6厶(13)
式中：母為機輪胎壓(MPa)；只為機輪單輪荷載(kN)。
將飛機機輪輪印與坑槽面積、形狀相對照，即可
得出機輪的嵌臥狀況。機輪嵌臥狀況風險系數(shù)按下式
計算
萬方數(shù)據
第3l卷第2期王維，溫?。簷C場瀝青混凝土跑道局部損壞安全風險分析
一49—
1．0 形d≥形。，厶≥厶
尺。，：!乙7，， 形一≥形”L。<厶(14)>200
摩阻風險系數(shù)根據磨光道面的摩擦系數(shù)肛(指跑
道摩阻測試車的濕態(tài)測試數(shù)據)來確定
O．4肛>O．2
R“={0．7 0．1<肛≤0．2>

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