Bài báo đưa ra kết quả nghiên cứu áp dụng phương pháp mật độ phổ trong đánh giá độ bằng phẳng của mặt đường sân bay tại Việt Nam, trên cơ sở đó đưa ra những khuyến nghị để ứng dụng phương pháp này khi tính toán tải trọng động bánh máy bay tác dụng lên mặt đường sân bay.

GS. TS. Phạm Cao Thăng

ThS. Nguyễn Văn Hiếu

Học viện Kỹ thuật Quân sự

Người phản biện:

TS. Hoàng Quốc Long

TS. Hoàng Đình Đạm

TÓM TẮT: Bài báo đưa ra kết quả nghiên cứu áp dụng phương pháp mật độ phổ trong đánh giá độ bằng phẳng của mặt đường sân bay tại Việt Nam, trên cơ sở đó đưa ra những khuyến nghị để ứng dụng phương pháp này khi tính toán tải trọng động bánh máy bay tác dụng lên mặt đường sân bay.

TỪ KHÓA: Mật độ phổ, đường sân bay.

Abstract: The article presents the results of study applying the spectral density method to estimate pavement roughness in Vietnam, on the basis of which it can be applied to calculate the dynamic aircraft wheel load exerting on airfield pavements.

TỪ KHÓA: Spectral density, the airport road.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Độ không bằng phẳng mặt đường sân bay là nguyên nhân chính gây ra tải trọng động máy bay tác dụng lên mặt đường khi chuyển động. Trên thế giới, để đánh giá độ bằng phẳng mặt đường sân bay người ta chia ra thành 2 nhóm phương pháp chính: Nhóm phương pháp thứ nhất xác định các yếu tố hình học của mặt đường như độ dốc dọc, dốc ngang của mặt đường, độ gãy, khe hở dưới thước đo 3m và phân bố của chúng, các gờ cục bộ tại góc tấm. Nhóm phương pháp thứ hai là nhóm phương pháp xác định mật độ phổ đặc trưng cho sự phân bố tọa độ các điểm không bằng phẳng theo tần số (theo chiều dài sóng). Đối với xác định độ bằng phẳng mặt đường sân bay tại Việt Nam hiện nay, chỉ áp dụng phương pháp đo bằng thước 3m [1],[2], phương pháp này chưa đánh giá đầy đủ trạng thái bằng phẳng của mặt đường, đồng thời không đánh giá được ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường tới tải trọng động bánh máy bay trong quá trình chuyển động. Trên cơ sở đó, bài báo đưa ra những nghiên cứu bước đầu để áp dụng phương pháp xác định độ bằng phẳng mặt đường sân bay tại Việt Nam bằng đánh giá mật độ phổ, là phương pháp được áp dụng khá phổ biến tại các nước như Nga, Mỹ, Pháp…

2. ĐÁNH GIÁ ĐỘ BẰNG PHẲNG MẶT ĐƯỜNG THEO PHƯƠNG PHÁP MẬT ĐỘ PHỔ

Phương pháp đánh giá mật độ phổ là phương pháp đánh giá dựa trên các đặc trưng của quá trình ngẫu nhiên. Trong sự thiết lập chung của bài toán, cao độ bề mặt mặt đường sân bay có thể được xem như là một hàm ngẫu nhiên φ(x,y) (Hình2.1). Mỗi trắc dọc của của nó là quá trình ngẫu nhiên được cấu tạo từ 3 thành phần [5]:

P(x) = M(x) + q(x) + Ѱ(x) hay P(x) = M(t) + q(t) + Ѱ(t) (1)

Trong đó: M - Mặt cắt dọc biên dạng lớn; q - Mặt cắt dọc biên dạng nhỏ; Ѱ - Độ nhám mặt đường. Ở đây, quá trình ngẫu nhiên của các trắc dọc tính toán được coi là quá trình ngẫu nhiên phụ thuộc theo thời gian khi cho 1 máy bay mô hình chuyển động với vận tốc 01m/s.

Nghien cuu phuong phap mat do pho trong danh gia do bang phang mat duong san bay tai Viet Nam - Anh 1

Hình 2.1: Mô tả bề mặt đường cất hạ cánh bằng tập hợp các trắc dọc

Mặt cắt dọc biên dạng lớn M được tạo thành từ các độ không bằng phẳng mà có chiều dài sóng lớn hơn 80m và nó chỉ ảnh hưởng tới kỹ thuật cất cánh, hạ cánh mà không gây ra các ảnh hưởng đáng kể lên các dao động theo phương thẳng đứng của máy bay.

Đối với mặt đường sân bay, độ nhám mặt đường Ѱ là các độ không bằng phẳng có chiều dài sóng từ 0m đến dưới 01m, những sóng dọc loại nhỏ này không gây ra các dao động theo phương thẳng đứng của máy bay mà chỉ gây ra hiện tượng mài mòn lốp máy bay trong quá trình hãm phanh và chuyển động.

Mặt cắt dọc biên dạng nhỏ chứa các sóng mặt cắt có chiều dài sóng từ 01m đến 80m và là thành phần gây động cơ bản. Biên độ dao động theo phương thẳng đứng của máy bay khi chuyển động ở chế độ lăn bon trên đường cất hạ cánh hoặc đường lăn chính phụ thuộc vào nó nhất.

Mặt cắt dọc biên dạng nhỏ được coi là quá trình ngẫu nhiên với những tính chất sau đây: Tính chuẩn hóa, tính ngẫu nhiên, tính dừng và tính Egodic. Đây cũng chính là dạng tiết diện nghiên cứu khi xác định độ bằng phẳng của mặt đường và đánh giá tải trọng động máy bay tác dụng lên mặt đường.

Trên cơ sở đó ta đánh giá mật độ phổ dựa trên những đặc điểm sau:

- Dữ liệu đầu vào để tính toán là cao trình của mặt cắt dọc đường cất, hạ cánh được đo bằng máy thủy bình với bước đo 0,5m. Đây là khoảng đo phù hợp nhất để có thể lấy được toàn bộ mặt cắt dọc biên dạng nhỏ trong quá trình đánh giá mật độ phổ.

- Để tính toán tọa độ của hàm mật độ phổ S(ω) đưa vào phép biến đổi Fourier sau [3]:

Nghien cuu phuong phap mat do pho trong danh gia do bang phang mat duong san bay tai Viet Nam - Anh 2

(2)

(3)

Trong đó: R(τ) - Hàm tương quan của quá trình; τ - Khoảng tương quan, ω - Tần số không gian.

- Áp dụng phương pháp Welch (ước lượng chu kỳ đồ) và cửa sổ Cosin Hanning, với sự trợ giúp tính toán của chương trình được viết trên ngôn ngữ lập trình Matlab, tiến hành tính toán mật độ phổ.

Sau khi tính được các giá trị mật độ phổ, ta cần tiến hành sấp xỉ hóa mật độ phổ bằng phương pháp bình phương tối thiểu, với quan điểm hàm mật độ phổ đối với quá trình dừng theo nghĩa rộng là 1 hàm chẵn, không âm và thực, khi đó hàm mật độ phổ có dạng:

Nghien cuu phuong phap mat do pho trong danh gia do bang phang mat duong san bay tai Viet Nam - Anh 3

Căn cứ vào giá trị của hệ số độ bằng phẳng R tính được theo (6), chất lượng mặt đường được phân loại theo Bảng 2.1 [4]:

Bảng 2.1. Phân loại chất lượng mặt đường sân bay theo chỉ số độ bằng phẳng

Nghien cuu phuong phap mat do pho trong danh gia do bang phang mat duong san bay tai Viet Nam - Anh 4

Như vậy, với phương pháp trên, khi có số liệu đo bề mặt đường cất hạ cánh, trên cơ sở đánh giá mật độ phổ của quá trình ngẫu nhiên là các cao trình của dải đo được, có thể xác định được hệ số độ bằng phẳng của mặt đường và phân loại được chất lượng mặt đường theo tiêu chuẩn hiện hành của Nga.

3. ỨNG DỤNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ BẰNG PHẲNG MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY CAM RANH

Với số liệu thực tế đo được tại sân bay Cam Ranh (tỉnh Khánh Hòa) bằng máy thủy bình gồm 3 dải đo, 1 dải đo tại tim đường cất hạ cánh, 2 dải đo 2 bên, cách tim đường cất hạ cánh 7m, bước đo 0,5m. Tiến hành tính toán, đánh giá mật độ phổ trắc dọc mặt đường cất hạ cánh theo chương trình Spectr.m được viết trên ngôn ngữ lập trình Matlab, ta được kết quả sau:

Nghien cuu phuong phap mat do pho trong danh gia do bang phang mat duong san bay tai Viet Nam - Anh 5

Hình 3.1: Trắc dọc mặt đường sân bay theo các dải đo

Nghien cuu phuong phap mat do pho trong danh gia do bang phang mat duong san bay tai Viet Nam - Anh 6

Hình 3.2:Đánh giámậtđộphổtại mặt cắt tim đường cất hạ cánh

Từ (5) và (6) ta nhận được các kết quả sau:

- Mức độ mật độ phổ C = 3,6752e-06;

- Hệ số góc của hàm mật độ phổ: k = 0,8052;

- Hệ số độ bằng phẳng mặt đường sân bay tại trắc dọc tính toán: R = 3,85.

Đối chiếu với tiêu chuẩn phân loại trong Bảng 2.l, nhận thấy chất lượng mặt đường của sân bay Cam Ranh theo chỉ tiêu độ bằng phẳng là tốt, tiệm cận ở mức độ cho phép.

4. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ

Trên cơ sở những nghiên cứu trên đây, hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp mật độ phổ trong đánh giá độ bằng phẳng mặt đường sân bay ở Việt Nam.

Từ kết quả đánh giá độ bằng phẳng theo phương pháp mật độ phổ, những thông số thu được như mức độ mật độ phổ, hệ số góc của hàm mật độ phổ, có thể áp dụng tính toán hệ số động tải trọng bánh xe tác dụng lên mặt đường sân bay bằng phương pháp “động lực học thống kê” [5].

Tài liệu tham khảo

[1]. TCVN 8753:2011, Sân bay dân dụng - Yêu cầu chung về thiết kế và khai thác.

[2]. TCVN 8864:2011, Mặt đường ô tô - Xác định độ bằng phẳng bằng thước dài 3m.

[3]. Андерсон Т (1976), Статистическийанализвременныхрядов, М.:Мир, 756 с.

[4]. РуководствопоэксплуатациигражданскихаэродромовРоссийскойФедерации (РЭГАРФ 94) - М. Воздушныйтранспорт, 1995. - 231с.

[5]. Хачатуров, А.Аидр. Динамикасистемыдорога - шина - автомобиль - водитель. - М., Машиностроение, 1976, 530с.