民航資源網2016年6月21日消息：波音737-800機型，尤其是推力較大（26K）的飛機在諸如昆明此類的高原機場起飛時，因機場跑道長，機場淨空條件很好，改進爬升後的起飛重量通常受到輪胎速度的限制，在接近輪胎限制重量起飛時，抬輪時如操作不當容易超速。下面為翻譯的波音JTPM手冊中的一篇關於輪胎速度限制起飛重量的文章，供國內同行參考。
一、介紹
限制飛機最大允許起飛重量的各個因素中，有一個因素沒有場長或者障礙物限制那麼明顯，就是輪胎在起飛和著陸過程中所能承受的應力和溫度的能力。
尤其是輪胎對於輪胎轉動速率非常敏感，因為轉動速率直接影響到輪胎內部所承受的應力的大小。過大的應力能夠使輪胎結構失效並能產生損壞飛機或者影響方向控制的後果。
因此我們需要了解什麼導致了輪胎內部應力的產生，輪胎能夠承受多少應力以及如何計算應力對最大允許起飛重量的影響。
感謝編此章節內容準備過程中Good Year雜誌的幫助。他們的一篇文章《飛機輪胎保養和維修》包含了很多有用的信息，我們推薦去閱讀一下。你也可以在FAA發布的諮詢通告20-97B（標題為《飛機輪胎維護和操作程序》）中找到相關信息。
二、輪胎的物理機理
很自然會認為飛機輪胎和汽車和卡車的輪胎本質上是一樣，但實際上他們完全不同。雖然在幾何外形上看很相似，但其他很多特性非常不同。
1、飛機輪胎設計用來承受比汽車更高的載荷。汽車輪胎的承受載荷的等級在每個輪胎1000磅-2000磅之間，而飛機每隻輪胎能夠承受比汽車數倍的載荷。例如，一架滿載的747-400（最大認證的起飛重量超過850000磅），幾乎全部的重量都要靠16個主起落架輪胎承受。
2、輪胎壓強明顯不同。傳統汽車輪胎的胎壓在30-40磅/平方英寸，飛機胎壓根據重量和溫度不同略有調整，大約在200磅/平方英寸。
3、現在的商用噴氣客機上的輪胎設計速度在225-235MPH之間，而汽車輪胎速度僅僅剛超過100MPH。
4、汽車輪胎對於飛機輪胎來說被設計的不容易變形，「變形」這個詞意味著承載下物體的形變大小，可以用百分比來表示。你可以認為是輪胎接觸地面的部分的半徑與輪胎轉動時上部（不承載）的半徑的比值。飛機輪胎的變形率在 32%-35%之間，粗略的是汽車和卡車輪胎變形率的兩倍。
機輪和輪胎的轉速可能會在某些條件下特別高，因此影響了起落架輪胎的物理限制。高速起飛情況能夠導致輪胎高轉速，從而輪胎內部結構的溫度和應力也特別大。當應力和溫度超過極限則會導致輪胎失效。
輪胎失效可以導致輪胎碎片被高速向外拋出，這些高動能的剖出碎片撞擊到飛機結果能夠導致結構損壞。
三、輪胎內部應力
輪胎自身承受的應力出於很多不同的原因非常複雜，檢查這些原因非常有趣並且有用。
1、向心力
結構內部的部分應力來自於輪胎的轉動。
機輪和輪胎高速轉動帶來的核心問題就是向心力。我們已經在其他章節討論過飛機在帶坡度轉彎過程中的向心力問題。向心力可以如下計算：
方程1
centrifugal force：向心力
m：質量
r：半徑
ω：轉速
既然向心力是轉速的平方的函數，而轉速跟飛機在跑道上的速度有直接關係，向心力隨著速度的增加快速升高。
方程1可以寫成不同的形式，用來表達加速度的大小，而不是用磅或公斤。牛頓第二運動定律 a=F/m，因此，向心加速度可以寫成：
方程2
centrifugal acceleration：向心加速度
r：半徑
ω：轉速
如果輪胎的半徑用英寸，轉速用弧度/秒來表示，方程2可以得到一個用英寸/秒/秒的加速度值。
如果輪胎的直徑是30英寸，則它的周長為30π，或者94.25英寸。如果輪胎在200MPH的速度轉動，相當於3520英寸/秒，也就是說輪胎在37.35圈/秒的速度下轉動。一圈每秒就是2π弧度每秒，那麼輪胎的轉速就是234.67弧度/秒，因此向心加速度為826026.7英寸/秒/秒。
那相當於多個gee的加速度呢？1g是32.174X12或者386.09英寸/秒/秒，這樣用半徑是15英寸的輪胎意味著輪胎的花紋在經受2139 gee的力。
2、張力
隨著向心力的增加，輪胎的整個圓周都在承受著向外的力，這種力的趨勢是增加輪胎的半徑，任何半徑的增加趨勢都會導致輪胎周長的增加趨勢，這樣輪胎橫截面就會產生一個張力。
輪胎速度越大，張力越大。實際上輪胎的張力是輪胎轉速平方和輪胎半徑平方的函數。
3、變形
你可能會想起前邊我們說過輪胎跟地面接觸的部分會產生變形，半徑比未承載的半徑會減少到35%。
在上圖中，粗黑水平線表示的是道面，輪胎以逆時針旋轉，虛線表示的弧為輪胎不被作用於機輪軸線向下的力壓縮的自然外輪廓。
隨著輪胎旋轉離開地面接觸區域，輪胎離開道面的點為X，在這個點輪胎半徑回到正常形狀。因為高轉速和高速度，回到正常形狀會在極其小的時間間隔內完成。
由於輪胎向心力特別大，在開始輪胎回到正常形狀後不會停止，而是超出一些，這樣會產生一個類似于波的輪胎圓周畸變，也叫牽引波，這種波在消失之前會持續幾個周期。
這種由牽引波引起的非常快速的半徑周期變化可以在輪胎內部產生一個額外的應力。由於高速滑跑時的輪胎高轉速，這種波振超過10000循環/秒 ，同時伴隨非常高的加速度。
四、輪胎內部溫度
然而另外一個對輪胎有害的因素是由於變形產生的熱量。實際上，熱量比輪胎自身旋轉帶來的應力有更大的壞處。熱量不只產生於起飛，還產生於滑行，在一個大的機場，滑行距離可能在數英裡。
熱量取決於滑行速度，也取決於輪胎的變形量（跟輪胎變形壓力有關），充氣不足的輪胎比充氣足的輪胎經歷的溫度上升要高；高於推薦的滑行速度也會導致更多的溫度上升。
輪胎的橡膠是非常好的特熱體，因此散熱性也很差。即使使用合理的滑行速度和合適的輪胎變形，滑跑和起飛過程中，輪胎的溫度也會穩定的上升。溫度在輪胎和機輪的結合點處達到最高，滑行中會升溫超過150F。
這些熱量會影響輪胎橫截面尼龍織布的強度，同時也會影響輪胎橡膠的強度，這些影響會導致對輪胎的損壞。
五、著陸時的輪胎應力和溫度
雖然本章節的目的是討論輪胎對起飛的影響，但同時應該指出，輪胎在著陸時和滑入時會經歷同樣的應力和溫度。
六、輪胎速度等級
為了減少或杜絕起飛著陸過程中輪胎失效，所有的飛機輪胎都有一個最大的允許速度。這些速度等級是輪胎廠商根據輪胎的設計特點給出的。輪胎製造廠商被要求必須驗證他們的輪胎在最大速度下轉動承受應力的能力。
輪胎速度等級的單位是MPH(英裡/小時)，我們必須清楚，單位是英裡/小時，而不是海裡/小時（節）。如果你想知道節是多少，需要把英裡/小時除以1.15。
早期的波音噴氣飛機使用最大200MPH速度的輪胎，隨著時間的推移，飛機和發動機允許更大的起飛重量。儘管空氣動力的改進，但飛機的速度還是或多或少的增加，因為速度的增加，210，225，235（目前）的輪胎陸續被發展出來。到目前，還沒有商用運輸機使用超過235MPH的輪胎。
因為有些飛機有不同的輪胎速度選項，當運行起飛分析時，必須知道使用的是哪種輪胎。
作為部分驗證程序，輪胎製造廠商被要求在測力計上驗證輪胎的速度能力。
七、輪胎速度限制重量
飛機輪胎有最大允許的運行速度，那麼這些速度限制如何影響飛機最大允許起飛重量的呢？
你知道飛機的起飛速度與重量、壓力高度、溫度、襟翼設定直接相關。因此有時候有必要限制起飛重量來避免超過輪胎速度限制。
但是在哪個點是飛機起飛時輪胎速度最大的點呢？非常簡單，輪胎速度最大的點發生在離地速度時，更確切的說，輪胎轉速最大的點發生在全發起飛離地速度時。全發起飛在相同的VR速度抬輪，全發有更大的加速度，因為從抬輪到離地有更大的速度增量，因此我們在計算輪胎速度限制時考慮全發起飛。
飛機離地之後，輪胎轉速降低-首先是因為轉動摩擦力損失速度，接著因為在收起落架時施加了剎車。在波音飛機和麥道飛機上，直到輪胎停止轉動後起主起落架才會收起，這樣的順序是為了保護機輪艙和裡面的組件不受鬆掉的輪胎面或爆胎損壞。
所以我們要確保Vlof不會超過輪胎速度限制。但是這裡有一個最重要的事情需要記住：我們需要的是離地時的真地速，因為輪胎轉速受輪胎在地面滑跑時的地速決定。當沒有風時，真地速和真空速相等；另一方面，順風使得真地速大於真空速，頂風使得真地速小於真空速。
什麼樣的條件會導致離地時的真地速最大？
1、大起飛重量
2、高壓力高度和溫度
3、小襟翼起飛
4、順風
第一條很明顯，大的起飛重量需要大的速度獲得起飛需要的升力。第二條是大氣條件，高壓力高度產生更小的密度比，因此真空速更大；記住TAS和EAS之間的轉換方程。
高溫意味著θ更高，因為θ=T/T0高壓力高度意味著δ更小，因為δ=P/P0；所以任何一個條件或者同時意味著更差，更大的真空速。有些很出名的高原-高溫地區包括：
1、墨西哥城，7349英尺，4月份溫度可達27度，密度比0.7310。
2、Albuquerque，新墨西哥州，美國，5312英尺，溫度可達33度，密度比0.7740。
3、拉薩，11975英尺，6月份，最熱的季節，QNH=29.92時，平均溫度23攝氏度，密度比0.6194
4、La Paz，11942英尺，，最高溫度20度時，密度比0.6257。
還有很多的城市溫度會比以上列舉的更高，比如Phoenix， Arizona and Jeddah， Saudi Arabia，但是他們的密度比高於上述的城市，主要因為壓力高度較低。例如Phoenix，1117英尺，溫度45度時，密度比為0.8697。
八、不帶係數風的使用
在之前的章節中你已經知道計算起飛重量時包括風的因素，FAR25.105(d)要求我們使用帶係數的風：
在預計的飛機運行限制之內，起飛數據必須包括以下的風修正係數：
（1）不超過50%的頂風分量，不低於150%的順風分量。
因此我們計算例如場長限制時，如果報告的風是10節頂風，計算時需要使用5節頂風（一半）。對於順風，需要150%，所以對於10節順風，計算限制重量時需要使用15節順風。
如果你使用AFM手冊或者AFM-DPI，輸入圖表或DPI報告的風速，圖表和軟體會做隱形的係數修正。因此如果報告風是10節頂風，你應該輸入10節頂風，你的計算重量會是基於5節的。
我們需要注意的是唯一的使用帶係數的風的例外是計算輪胎速度限制最大起飛重量。你會發現在接下來的AFM圖表中，風的因素的線是直線，表示風是不帶係數的。
為什麼有這個不同呢？說實話，我們也不清楚。如果你知道原因，請和我們分享一下，我們已經諮詢過很多航空工業中有影響的人，他們也都不清楚。我們會繼續檢查和修訂這個章節，如果我們找到答案之後。同時，我們會假設這個例外的原因在時間的沙子中丟失了。
九、輪胎速度限制發布
1、AFM手冊
在有AFM-DPI之前，輪胎速度限制的圖表被發布在AFM手冊之中，例子如下：
在有AFM-DPI軟體之後，輪胎限制數據可以用DPI進行計算。
2、FPPM手冊
FPPM手冊中同樣發布了輪胎速度限制數據。
3、STAS和BPS軟體
（張春華/編譯）
6薦聞榜
（供稿：山東航空公司運行控制中心， ）