[發明專利]一種寒區機場跑道結構健康監測系統的評價方法

有效

• 申請號: 202010178858.2
• 申請日: 2020-03-15
• 公開（公告）號: CN111272876B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 劉國光;武志瑋
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

1.一種寒區機場跑道結構健康監測系統的評價方法，所述的寒區機場跑道結構健康監測系統包括多個加速度傳感器(1)、Wifi通信模塊、數據存儲模塊、電源、工控機(5)、后臺服務器(6)和串狀溫度監測探頭(10)；其中，每個跑道中線燈殼內部設置一個加速度傳感器(1)；串狀溫度監測探頭(10)設置于跑道道肩外草面區的土基中；加速度傳感器(1)、Wifi通信模塊、數據存儲模塊和串狀溫度監測探頭(10)通過電源線和數據線與工控機(5)相連接；后臺服務器(6)為設置于管理中心的計算機，內置有跑道結構健康狀況預警模塊、航班進出港信息抓取模塊和跑道結構健康狀況評價模塊，通過Wifi通信模塊與工控機(5)進行數據交換；電源為加速度傳感器(1)、Wifi通信模塊、數據存儲模塊和串狀溫度監測探頭(10)供電；

其特征在于：所述的評價方法包括按順序執行的下列步驟：

1)系統空閑的S11階段：在此階段中，系統等待用戶指令，當用戶通過后臺服務器(6)發出指令后進入S12階段；

2)判斷是否進行評價的S12階段：在此階段中，系統根據用戶指令，判斷是否進行機場跑道結構健康性能評價，如果評價結果為“是”，則進入S13階段；否則返回S11階段；

3)根據串狀溫度監測探頭采集的數據確定跑道結構凍結深度的S13階段：在此階段中，后臺服務器(6)根據串狀溫度監測探頭(10)上傳的地下溫度數據計算出實際凍結深度，并將凍結深度范圍內的土基厚度計入水穩層厚度，然后進入S14階段；

4)根據采集的加速度和航班信息確定飛機起降質量與跑道振動的實測主頻的S14階段：在此階段中，后臺服務器(6)根據加速度傳感器(1)上傳的加速度數據進行能量譜密度分析，獲得跑道振動的實測主頻ω_at，然后將其與航班進出港信息抓取模塊抓取的航班起降信息進行匹配，獲得飛機起降質量，然后進入S15階段；

5)根據同一機型飛機作用下道面振動的實測主頻和理論主頻的差值計算道面板實測剛度系數的S15階段：在此階段中，利用式(1)計算同一機型飛機理論質量作用下飛機-跑道耦合振動系統中跑道振動的理論主頻ω_ae：

其中，δ₁₁、δ₂₂和δ₃₃分別為跑道的道面板、水穩層和土基層的柔度系數，其倒數分別為各結構層對應的剛度系數，m_a1，m_a2和m_a3分別為第a種機型飛機理論質量作用下跑道的道面板、水穩層和土基層理論參與振動的質量；由于同一機型飛機在不同起降質量時會引起飛機-跑道耦合振動系統中跑道振動的主頻發生變化，因此上述跑道振動的實測主頻ω_at可通過式(2)表示：

其中，Δm_a為飛機起降質量和飛機理論質量的質量差：利用式(2)可推導出式(3)所示的道面板的實測柔度系數計算公式：

最后將步驟4)獲得的跑道振動的實測主頻ω_at和本步驟獲得的跑道振動的理論主頻ω_ae代入式(3)而計算出道面板的實測柔度系數，并利用柔度系數和剛度系數的倒數關系得到道面板的實測剛度系數，然后進入S16階段；

6)根據兩種不同機型飛機作用下跑道振動的實測主頻和理論主頻的差值計算水穩層和土基層實測剛度系數的S16階段：在此階段中，根據兩種不同機型飛機的跑道振動的理論主頻ω_ae、飛機起降質量m_a和第a種機型飛機理論質量作用下跑道的道面板、水穩層和土基層理論參與振動的質量m_a1、m_a2、m_a3及道面板的實測柔度系數δ₁₁，依據式(4)和式(5)求解可得到水穩層的實測柔度系數δ₂₂和土基層的實測柔度系數δ₃₃，再利用剛度系數和柔度系數的倒數關系得到水穩層和土基層的實測剛度系數，然后進入S17階段；

7)判斷跑道各結構層健康狀況是否安全的S17階段：在此階段中，由跑道結構健康狀況評價模塊將上述獲得的跑道各結構層的實測剛度系數和根據理論已知量或經驗已知量獲得的理論剛度系數進行比較，以判斷跑道健康狀況正常與否，如果實測剛度系數接近理論剛度系數，判斷跑道健康狀況是安全的，直接進入S19階段；如果實測剛度系數小于理論剛度系數，判斷跑道健康狀況是危險的，而實測剛度系數超過理論剛度系數時表明寒區機場冬季存在凍結顯現，進入S18階段；

8)跑道安全預警的S18階段：在此階段中，由跑道結構健康狀況預警模塊發出預警信息并保存報警日志，然后進入S19階段；

9)輸出跑道健康狀況分析報告的S19階段：在此階段中，由跑道結構健康狀況評價模塊生成跑道健康狀況分析報告，并存儲于后臺服務器(6)中，本次評價結束。