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泡沫混凝土在机场跑道安全阻滞系统中的运用
日期:【2017-09-22 17:07】 共阅:【】次

随着世界航空业的繁荣和发展,伴随而来的飞机在起飞降落过程中冲出跑道,所造成的事故,也日益增多,频频发生&。为了避免飞机在起飞降落过程中事故的发生,世界上不少国家都在研究对策,探求预防技术&。机场跑道安全阻滞系统就是在这种背景下提出并产生的&。

 
 
 
泡沫混凝土机场阻滞材料的概念
机场跑道安全阻滞材料,是铺装在飞机场主跑道末端延长线上的低密度泡沫混凝土&。当飞机在起飞降落过程中因事故冲出跑道之时,就会冲入泡沫混凝土形成的阻滞床&。由于泡沫混凝土的微孔结构具有吸能作用,可以有效吸收失事飞机的冲击能量,迫使飞机在泡沫混凝土阻滞床中停止冲滑,获得拦阻,从而避免发生的事故&。泡沫混凝土强度较低,在飞机冲击中被撞成粉末和柔性小块,即使飞起,也不会对飞机及机上人员造成伤害&。
这样,飞机就可以在不受损伤的情况下得到有效的保护、化险为夷&。因此,泡沫混凝土机场阻滞材料是飞机起飞降落的安全屏障&。
 
技术原理
机场安全阻滞泡沫混凝土材料,主要是利用其高孔隙率所形成的抗冲击削波吸能功能&。
但凡多孔材料,一般均具有削波吸能性&。我们平常采用泡沫塑料做货物包装,也就是利用其多孔性来吸收和削减震动、冲击、挤压等破坏能量,保护物品不被能量波所破坏&。机场安全阻滞材料也基本属于这一原理&。
研究表明,当应力波穿过多孔泡沫材料时,动量与能量均呈下降&。多孔泡沫材料不仅可以吸收冲击波的冲击能量,也能够减缓主体材料的破损&。当应力波通过密度为450kg/m³的泡沫混凝土多孔材料时,其峰值被衰减为原来的1/5,而通过普通混凝土时,其峰值衰减仅为原来的1/20&。这巨大的反差足以说明多孔泡沫混凝土材料的能量吸收性&。
当冲击波作用在阻滞材料上时,在冲击波的作用下,多孔泡沫混凝土材料首先发生孔壁的弹性变形,部分冲击能量转变为弹性能,同时气隙被绝热压缩并吸收部分能量,继而,孔壁发生塑性塌缩或脆性破碎,将部分冲击能量转变为塑性变形能被消耗掉&。这样,失事飞机的冲击能量就被阻滞材料吸收和削减,迫使飞机平稳停止滑行&。
虽然泡沫多孔材料均具吸能性,但泡沫塑料不耐老化、不环保,泡沫玻璃及泡沫陶瓷造价高且生产难度大&。各种多孔材料对比来看,泡沫混凝土的阻滞性能最优,且造价最低,生产最方便、环保性最好,因此,美国专家们最终选定的是泡沫混凝土&。
 
 
1.4国内外的研究及应用状况
美国是世界上较早也是目前唯一研究和生产机场跑道阻滞材料的国家&。他们在1986年就开始正式启动研发,最初称之Engineered Material Arresting System,简称EMAS&。在几十年的研发过程中,他们曾试验过各种不同的材料,最后选定了泡沫混凝土,形成了一个完整的技术体系和产品标准体系,正式命名为GBS系统(Ground Braking System)&。其中包括泡沫混凝土制动材料的制造、动态力学数值分析方法、仿真软件开发与应用等&。许多关键技术都申请了国际专利,并严格对其它国家技术保密,禁止这项技术出口,初步形成了对这一技术领域的垄断&。由于美国的技术封锁,目前,除中国外,其他国家尚没有此项技术&。
美国1999年研发成功这一技术之后,随后就在国内各大机场广泛应用&。美国联邦航空局规定:跑道端部之外安全区的标准长度1000英尺(约300m),但末端的空间不足、安全长度不够,就要安装阻滞系统&。例如波士顿、芝加哥等42个机场已安装完毕,堪萨斯等12个机场正在安装,其余机场也多在计划&。这些已铺装的机场,在安全起降中发挥了重要作用&。波士顿机场多次拦阻了冲出跑道的飞机,班伯克机场也于2006年10月13日,避免了事故飞机的灾难&。
我国近年航空业发展很快,民航机场已达175个,还有许多正在建设中,预计10年后,不少于250个&。目前,加上军用机场,我国机场总量已达数百个&。而且许多新建的支线机场,多在偏远的山区,跑道安全长度更难保证&。这就使我国机场的起降安全面临着严重的挑战&。从1997年到2006年10年间,我国共发生飞机冲出机场跑到事故71起&。因此,我国机场安装阻滞系统是十分必要的,也是迫切的,且势在必行&。国家民航总局对此十分重视,并及时引入了美国泡沫混凝土阻滞系统,首先在四川九寨沟黄龙机场应用&。但是,泡沫混凝土阻滞材料的国际市场价格极高,每立方达2万元左右,再加上巨额的包装费和运费(黄龙机场单运费就达700多万元),使阻滞系统的费用太大,使机场难以承受,大大阻碍了这一优异产品的推广&。像九寨沟黄龙机场,单是进口美国泡沫混凝土阻滞材料就花费了9000多万元,其总造价已接近1亿元人民币,这对更需要铺装这种系统的支线机场来说,是一个巨大的负担&。目前,我国很多机场都已计划使用,但均因其造价而不能实施&。目前国内已经研发出自己的机场跑道安全阻滞系统&。
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