CN117233171A - 一种航空轮胎健康现场检测及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种航空轮胎健康现场检测及评价方法，是先使用光学非接触手段对在役轮胎进行扫描，获取轮胎每一点的位置信息并重构轮胎外部形貌模型；然后将扫描获得的在役轮胎外部形貌模型与无损伤的轮胎形貌模型进行对比分析，获得在役轮胎外部形貌损伤信息；接着分析和在役轮胎外部形貌变化关联的内部损伤信息；最后分析轮胎内部损伤对整胎性能的影响，来判断轮胎服役可靠性。本发明构思合理，检测过程快速高效，抗干扰能力强，无需拆卸轮胎，可用于一线检修人员对航空轮胎的维保检查。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎现场无损检测技术领域，具体涉及一种航空轮胎健康现场检测及评价方法。
背景技术
航空轮胎作为飞机唯一的接地部位，其承载飞机的全部重量，缓冲起飞及降落时冲击和振动，传递制动力及驱动力，对飞机的安全起至关重要的作用。飞机在使用过程中，航空轮胎会承受巨大的压力和摩擦力，同时还要承受飞机起飞、着陆和滑行时产生的巨大冲击力。这些因素都会导致轮胎损伤，如磨损、裂纹、气泡等，这些损伤对飞机的运行安全造成严重威胁。
目前航空轮胎日常维保的健康检测主要关注轮胎胎压和“外伤”，而对轮胎“内伤”却没有有效的检测手段，这给飞行安全带来了巨大隐患。因此有必要研发更加便捷的轮胎现场检测技术。现有的航空轮胎损伤的无损检测方法主要包括X射线检测、超声波检测、电磁检测，光学检测等。然而，X射线检测、超声波检测和电测检测在检测准确度、检测速度、检测成本等方面存在一定的不足。比如X射线检测技术不适合现场应用，并且X射线对橡胶和帘线的分辨能力并不理想；基于声学和磁学原理的检测技术也不适用于橡胶材料，也就是说想在服役现场直接观测轮胎内部微观损伤是不可行的。
综上所述，有必要对现有技术做进一步创新。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种构思合理，检测过程快速高效，抗干扰能力强，无需拆卸轮胎，可用于一线检修人员对航空轮胎的维保检查的航空轮胎健康现场检测及评价方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种航空轮胎健康现场检测及评价方法，其先使用光学非接触手段对在役轮胎进行扫描，获取轮胎每一点的位置信息并重构轮胎外部形貌模型；然后将扫描获得的在役轮胎外部形貌模型与无损伤的轮胎形貌模型进行对比分析，获得在役轮胎外部形貌损伤信息；接着分析和在役轮胎外部形貌变化关联的内部损伤信息；最后分析轮胎内部损伤对整胎性能的影响，来判断轮胎服役可靠性。
所述航空轮胎健康现场检测及评价方法，其中：所述轮胎内部损伤包括帘线损伤、界面损伤和橡胶损伤；所述帘线损伤包括帘线塑性变形和帘线断裂；所述界面损伤包括界面软化和界面开裂；所述橡胶损伤包括橡胶裂纹。
所述航空轮胎健康现场检测及评价方法，其中：所述重构轮胎外部形貌模型是使用激光散斑检测方法现场对轮胎的外部形貌特征进行重构，具体过程为:
(1)在现场将轮胎的外表面均匀贴上散斑图案；
(2)使用激光扫描仪对轮胎的外表面进行扫描，获取轮胎的外部形貌信息；
(3)将扫描获得的在役轮胎外部形貌特征与无损伤的轮胎形貌特征进行对比分析，得到在役轮胎的外部形貌变化特征，并分析损伤信息以及损伤的大小。
所述航空轮胎健康现场检测及评价方法，其中：所述步骤(1)中的散斑的大小范围为0.1mm～10mm之间，散斑与散斑的间距范围为0.5mm～100mm之间。
所述航空轮胎健康现场检测及评价方法，其中：所述步骤(1)中的散斑的大小选择0.2mm，散斑的间距为30mm。
所述航空轮胎健康现场检测及评价方法，其中：所述步骤(2)中是使用手持式激光散斑扫描仪以圆周运动的方式对轮胎的外表面扫描，以获取完整的轮胎外表面信息。
所述航空轮胎健康现场检测及评价方法，其中：所述步骤(3)中在役轮胎的外部形貌变化特征包括鼓包、凹陷和褶皱；所述在役轮胎的外部形貌变化特征的缺陷大小由缺陷的垂直高度h和缺陷的坡度S定义；其中，缺陷垂直高度h为缺陷位置处变形前后最大相对高度值，缺陷的坡度S由下式(1)定义：
上式(1)中W为缺陷的宽度。
所述航空轮胎健康现场检测及评价方法，其中，所述判断轮胎服役可靠性的具体过程为：先基于扫描获取的轮胎外部形貌的损伤特征分析得到的内部损伤信息，建立轮胎内部损伤与轮胎整胎性能的关联；且所述轮胎内部损伤与整胎性能的关联为轮胎的帘线损伤、界面损伤与橡胶损伤对整胎的径向刚度KR、侧向刚度KL、纵向刚度KLo的影响；其中径向刚度KR、侧向刚度KL、纵向刚度KLo可由下式得到：
式(2)-(4)中FR、FL、FLo分别为轮胎在径向、侧向和纵向方向受到的力，ZR、ZL、ZLo分别为轮胎在径向、侧向和纵向方向上的变形量；
然后通过下式(5)计算得到轮胎的整胎性能参数Pe：
Pe＝a1·KR+a2·KL+a3·KLo (5)；
上式(5)中，a1、a2、a3分别代表轮胎径向刚度、侧向刚度和纵向刚度对轮胎整胎性能的贡献比例。
所述航空轮胎健康现场检测及评价方法，其中：轮胎从使用至失效期间，轮胎将经历安全阶段、预警阶段和失效阶段；当轮胎的整胎性能Pe下降在2％以内，则轮胎处于安全阶段，轮胎仍可以正常使用；当轮胎的整胎性能Pe下降2％至5％之间，则轮胎处于预警阶段，建议及时更换轮胎；当轮胎的整胎性能Pe下降超过5％，则轮胎处于失效阶段，轮胎已经存在极大的安全隐患且无法使用。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果:
本发明航空轮胎健康现场检测及评价方法构思合理，通过光学检测手段在不拆卸轮胎就可以对轮胎的健康状况进行快速评估，抗干扰能力强，检测过程快速高效，极大的节省了人力检测成本，并且能精准、快速的评估轮胎健康状况，可用于一线检修人员对航空轮胎的维保检查。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明航空轮胎健康现场检测技术及评价方法的流程图；
图2为本发明航空轮胎健康现场检测技术及评价方法中涉及的轮胎凹陷俯视图；
图3为本发明航空轮胎健康现场检测技术及评价方法中涉及的轮胎凹陷截面图；
图4为本发明航空轮胎健康现场检测技术及评价方法中涉及的轮胎使用时间与整胎性能Pe变化图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
如图1所示，本实施例提供的一种航空轮胎健康现场检测技术及评价方法，是先使用光学非接触手段对在役轮胎进行扫描，获取轮胎每一点的位置信息并重构轮胎外部形貌模型；然后将扫描获得的在役轮胎外部形貌模型与无损伤的轮胎形貌模型进行对比分析，获得在役轮胎外部形貌损伤信息；接着分析和在役轮胎外部形貌变化关联的内部损伤信息；最后分析轮胎内部损伤对整胎性能的影响，来判断轮胎服役可靠性。
具体的一种实施例中，以某一型号尺寸的的航空轮胎为例进行检测。
本实施例的航空轮胎健康现场检测技术及评价方法，具体包括以下步骤：
S1、使用激光散斑扫描在役轮胎，获取轮胎每一点的位置信息并重构轮胎外部形貌模型。
其中,重构轮胎外部形貌模型是使用激光散斑检测方法现场对轮胎的外部形貌特征进行重构，具体过程为:
S11、在现场将轮胎的外表面均匀贴上散斑图案；
S12、使用激光扫描仪对轮胎的外表面进行扫描，获取轮胎的外部形貌信息；
S13、将扫描获得的在役轮胎外部形貌特征与无损伤的轮胎形貌特征进行对比分析，得到在役轮胎的外部形貌变化特征，并分析损伤信息以及损伤的大小；
上述步骤S11中是将大小为0.2mm、间距为30mm的散斑均匀的贴在轮胎外表面，使用激光扫描仪对轮胎进行圆周方向的扫描，扫描五周以保证得到完整的外部形貌模型。
上述步骤S12中是使用手持式激光散斑扫描仪以圆周运动的方式对轮胎的外表面扫描，从而获取完整的轮胎外表面信息。
上述步骤S13中在役轮胎的外部形貌变化特征包括鼓包、凹陷和褶皱；所述在役轮胎的外部形貌变化特征的缺陷大小由缺陷的垂直高度h和缺陷的坡度S定义；其中，缺陷垂直高度h为缺陷位置处变形前后最大相对高度值，缺陷的坡度S由下式(1)定义：
上式(1)中W为缺陷的宽度。
S2、与无损伤的同类型轮胎形貌模型进行对比分析，获取扫描的轮胎外部形貌损伤信息。对比后发现轮胎外表面存在凹陷，轮胎的凹陷俯视图如图2所示，凹陷截面图如图3所示；通过测量计算分析轮胎表面的凹陷，测量得到轮胎表面的凹陷深度h为0.2mm，凹陷宽度W为8.9mm，根据上述式(1)计算得到凹陷坡度S为4.5％。
S3、基于航空轮胎内部损伤和外部形貌的关联，分析重构的轮胎外部形貌模型，分析轮胎潜在的内部损伤形式；基于缺陷的垂直高度h和坡度S分析出轮胎内部损伤的程度。根据检测得到的轮胎凹陷深度h和凹陷坡度S，进一步判断轮胎内部损伤形式因为帘线断裂导致，在凹陷处帘线断裂的根数为2根。
S4、基于分析得到的轮胎内部损伤形式和程度，分析其轮胎的径向刚度KR、侧向刚度KL、纵向刚度KLo的影响，可由下述公式(4)计算得到整胎性能Pe。具体的轮胎随使用时间变化的整胎性能Pe变化如图4所示。
分析帘线断裂2根后对整胎性能的影响。通过轮胎试验机测量轮胎的径向变形量ZR和载荷FR、侧向变形量ZL和载荷FL、轴向变形量ZLo和载荷FLo，可由下述公式(2)—(4)计算可得到轮胎的径向刚度KR、侧向刚度KL和轴向刚度KLo。通过与无损伤轮胎的径向刚度KR、侧向刚度KL和轴向刚度KLo对比发现损伤轮胎的径向刚度下降0.8％，侧向刚度下降0.2％，轴向刚度下降0.1％。
得到轮胎的径向刚度KR、侧向刚度KL和轴向刚度KLo后，可由下述公式(5)计算得到轮胎的整胎性能Pe为0.6，可知轮胎的整胎性能Pe下降小于2％，因此该轮胎处于安全阶段。
S5、基于轮胎内部损伤对轮胎的整胎性能的影响，分析该轮胎目前处于哪一阶段；若轮胎处于安全阶段，则轮胎仍可以正常行驶；若轮胎处于预警阶段，则建议及时更换轮胎；若轮胎处于失效阶段，轮胎已经存在极大的安全隐患且无法使用。
其中，上述步骤S5是通过分析轮胎内部损伤对整胎性能的影响，来判断轮胎服役可靠性。其中，判断轮胎服役可靠性的具体过程为：
先基于扫描获取的轮胎外部形貌的损伤特征分析得到的内部损伤信息，建立轮胎内部损伤与轮胎整胎性能的关联；且所述轮胎内部损伤与整胎性能的关联为轮胎的帘线损伤、界面损伤与橡胶损伤对整胎的径向刚度KR、侧向刚度KL、纵向刚度KLo的影响；其中径向刚度KR、侧向刚度KL、纵向刚度KLo可由下式得到：
式(2)-(4)中FR、FL、FLo分别为轮胎在径向、侧向和纵向方向受到的力，ZR、ZL、ZLo分别为轮胎在径向、侧向和纵向方向上的变形量；
然后通过下式(5)计算得到轮胎的整胎性能参数Pe：
Pe＝a1·KR+a2·KL+a3·KLo (5)；
上式(5)中，a1、a2、a3分别代表轮胎径向刚度、侧向刚度和纵向刚度对轮胎整胎性能的贡献比例。
若轮胎整胎性能Pe下降小于2％，则轮胎为安全阶段；若下降在2％—5％之间，则轮胎处于预警阶段；若下降超过5％，则为失效阶段。
本发明构思合理，检测过程快速高效，抗干扰能力强，无需拆卸轮胎，可用于一线检修人员对航空轮胎的维保检查，适于推广与应用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于：先使用光学非接触手段对在役轮胎进行扫描，获取轮胎每一点的位置信息并重构轮胎外部形貌模型；然后将扫描获得的在役轮胎外部形貌模型与无损伤的轮胎形貌模型进行对比分析，获得在役轮胎外部形貌损伤信息；接着分析和在役轮胎外部形貌变化关联的内部损伤信息；最后分析轮胎内部损伤对整胎性能的影响，来判断轮胎服役可靠性。
2.如权利要求1所述的航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于：所述轮胎内部损伤包括帘线损伤、界面损伤和橡胶损伤；所述帘线损伤包括帘线塑性变形和帘线断裂；所述界面损伤包括界面软化和界面开裂；所述橡胶损伤包括橡胶裂纹。
3.如权利要求1所述的航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于：所述重构轮胎外部形貌模型是使用激光散斑检测方法现场对轮胎的外部形貌特征进行重构，具体过程为:
(1)在现场将轮胎的外表面均匀贴上散斑图案；
(2)使用激光扫描仪对轮胎的外表面进行扫描，获取轮胎的外部形貌信息；
(3)将扫描获得的在役轮胎外部形貌特征与无损伤的轮胎形貌特征进行对比分析，得到在役轮胎的外部形貌变化特征，并分析损伤信息以及损伤的大小。
4.如权利要求3所述的航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于：所述步骤(1)中的散斑的大小范围为0.1mm～10mm之间，散斑与散斑的间距范围为0.5mm～100mm之间。
5.如权利要求4所述的航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于：所述步骤(1)中的散斑的大小选择0.2mm，散斑的间距为30mm。
6.如权利要求3所述的航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于：所述步骤(2)中是使用手持式激光散斑扫描仪以圆周运动的方式对轮胎的外表面扫描，以获取完整的轮胎外表面信息。
7.如权利要求3所述的航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于：所述步骤(3)中在役轮胎的外部形貌变化特征包括鼓包、凹陷和褶皱；所述在役轮胎的外部形貌变化特征的缺陷大小由缺陷的垂直高度h和缺陷的坡度S定义；其中，缺陷垂直高度h为缺陷位置处变形前后最大相对高度值，缺陷的坡度S由下式(1)定义：
上式(1)中W为缺陷的宽度。
8.如权利要求1所述的航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于，所述判断轮胎服役可靠性的具体过程为：
先基于扫描获取的轮胎外部形貌的损伤特征分析得到的内部损伤信息，建立轮胎内部损伤与轮胎整胎性能的关联；且所述轮胎内部损伤与整胎性能的关联为轮胎的帘线损伤、界面损伤与橡胶损伤对整胎的径向刚度KR、侧向刚度KL、纵向刚度KLo的影响；其中径向刚度KR、侧向刚度KL、纵向刚度KLo可由下式得到：
式(2)-(4)中FR、FL、FLo分别为轮胎在径向、侧向和纵向方向受到的力，ZR、ZL、ZLo分别为轮胎在径向、侧向和纵向方向上的变形量；
然后通过下式(5)计算得到轮胎的整胎性能参数Pe：
上式(5)中，a1、a2、a3分别代表轮胎径向刚度、侧向刚度和纵向刚度对轮胎整胎性能的贡献比例。
9.如权利要求8所述的航空轮胎健康现场检测及评价方法，其特征在于：轮胎从使用至失效期间，轮胎将经历安全阶段、预警阶段和失效阶段；当轮胎的整胎性能Pe下降在2％以内，则轮胎处于安全阶段，轮胎仍可以正常使用；当轮胎的整胎性能Pe下降2％至5％之间，则轮胎处于预警阶段，建议及时更换轮胎；当轮胎的整胎性能Pe下降超过5％，则轮胎处于失效阶段，轮胎已经存在极大的安全隐患且无法使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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