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航行所多项自主研发成果助力道面自动检测与高水平防护修复

随着飞机载荷量越来越大、起降频次增多以及施工缺陷、环境等因素致使机场道面出现各种结构性损伤、道面寿命缩减、道面性能下降等情况发生,严重地影响了飞行安全,并且加重了机场安全管理压力及运行成本。因此,迫切需要先进的机场道面管理和维护技术。

在以“大数据与智慧安全”为主题的2017年航空安全新技术机场应用专题研讨会上,来自中国民航科学技术研究院航空安全新技术研究所(下称“航行所”)的高级工程师杨浩博士就机场道面检测目前存在的问题、该所提供的机场道面检测评估服务及解决方案进行了详细介绍。

杨浩指出,机场道面出现的问题,最直观的影响就是FOD事件,以及道面服务的功能,为此,局方对于机场道面管理的要求越来越高。《民用机场运行安全管理规定》中明确指出:“发现跑道道面存在问题,要关闭(或部分关闭跑道)并发布航行通告。跑道道面断裂,包括整块板和局部,并出现错台或局部松动的……应当在发现后24小时内予以补休或者处理;机场管理机构应当至少每五年对跑道、滑行道和机坪道面进行一次综合评价,包括功能和性能等”。

当前机场道面检测

与防护的手段及问题

当前,对跑道、滑行道和机坪道面的综合评价包括两项技术:一、道面检测(结构性能、道面损伤、表面功能);二、道面防护与修复。

目前,机场道面检测的手段主要是:

一、结构性能检测项目,常用的方法是以落锤式弯沉仪为主,这种手段通常情况下选用的荷载太小无法反映路基的承载力状况。

二、表面损伤检测项目,一般采用目视评价,这就有了不客观、主观性比较强的问题。同时,该种检测采取抽样检测的方式,自动化程度低,不能反应整体病害分布。

三、内部损伤检测项目,通常采用探地雷达方法,采取抽样检测、定性分析,但这种方式不能定量反映整体病害分布。

四、平整度检测项目。测量方法是3m直尺测量,这种检测方式同样存在抽样检测、检测范围小的问题,而且自动化程度低,再现性差。同时,此种方式的测量结果很容易因为检测人的不同而造成测量结果不一样的问题。

在机场道面防护方面,针对沥青道面防护的主要方式为雾封层等防护技术。目前,机场的道面中沥青道面损害的主要原因是水损伤和紫外线导致的老化,雾封层等防护技术存在以下不足:

1、损伤后修复,非防护手段;

2、工程规模大,不灵活。

此方法缺少针对季节性、便捷的防护技术。

机场每年都会进行道面修复,修复材料分为无机类、有机类和复合材料三类,大多为公路领域的移植。这种做法缺少对机场特殊性的考虑,具体不足体现在:

1、修复材料与基体相容性查——修补失效、加重损伤程度;

2、材料、工艺众多,缺乏选材和修复方案的技术指导——不能对症下药;

3、缺少针对不同地区的耐久性研究。

航行所多项自主研发成果助力道面自动检测与高水平防护修复

为此,航行所针对上述问题提出了两大解决方案,一是对人工的检测手段,采用自动化道路检测系统来弥补人工的不足;二是对不同的材料在不同地区航行所开展了耐久性实验,并长期观察材料的特性,根据道面的情况选择适合机场的材料。

机场道面自动检测技术

航行所的机场自动化道面检测技术,包括超重型弯沉仪、激光平整度检测、表面破损检测、地下三维成像等。

其技术特点为:

1、自动化道面检测系统;

2、超重型弯沉仪;

3、基于混凝土相容性的道面修补选材技术服务;

4、便捷型道面损伤防护技术;

5、长寿命自流平型嵌缝料;

6、强韧型早强修补材料。

上图为航科院购买的超重型落锤式弯沉仪在成都机场的应用,该技术主要根据美国联邦航空管理局(FAA)的算法(国内和FAA的计算方式有区别,国内对于结构直属的评价要考虑破损,FAA不考虑)。可为众多机场提供自动化道面检测技术服务。

表面病害自动采集系统

表面病害自动采集系统可以自动标注出异常区域,对病害进行识别,左边是相机拍摄情况,右边是用系统采集情况,可以看出表面病害自动采集系统所采集的数据更清晰、没有变形,而且有一个完整的图像。

该系统可以搭载到现有的设备上,不需要购置新的搭载设备。

机场地下三维成像系统

雷达是一种内部快速检测方式,航行所将雷达数据做成了可视化,采用这种方式进行检测可对其结果进行放大并呈现三维显示,采集数据后还可对三维成像内部结构进行切片,以便从各个角度进行查看。

同时,航行所还利用差分GPS技术记录行车轨迹,检测车辆经过的区域,传统方式则无法反映出病害的分布情况和存在的大小。

机场道面的防护技术

航行所专门研发了机场道面防护技术,该技术可针对道面的季节性损伤和局部损伤进行快速且低成本的预防性养护。技术充分考虑到了水损伤、高原机场的强紫外线以及抗污能力等影响道面性能的因素。

道面表面防护涂层采用液体喷雾喷洒方式,施工简单,其渗透性好、与基底粘结力好、不影响道面摩擦性能。施工后的道面具有防水损伤、抗紫外线、抗油污、除/防冰剂,以及阻滞裂纹扩展等功能,增强了道面性能。同时,该项技术对道面构造深度无明显影响,机场可在延长道面寿命、降低维护频次、提升机场运行效率和提升经济效益获得诸多收益。 

有机硅基嵌缝材料

雨天、积水等情况使道面发生松散破坏较为常见,其次是温度、日照、风蚀等情况易造成道面缝隙加剧,这时选择嵌缝材料尤为重要,即要考虑材料的耐候性(高低温、水、日照、风蚀),又要考虑材料的粘结力、延伸率等方面,为此,航行所研发了有机硅基嵌缝材料使上述各方面得到了一次性的有效解决。该材料已经在南宁机场、杭州机场等道面进行了使用,经有效观测,目前应用效果良好。

机场道面修复材料

此外,航行所还另行研发了机场道面修复材料,该材料具有:和基体间粘结性良好、韧性指数高、抗渗等级高、高强度、施工性能好及自流平的特点,可用于结构性修补及薄层破损修复。目前,该材料正在不同地区的机场开展耐久性试验。

道面混凝土修补相容性研究

此外,航行所还开展了道面混凝土修补相容性研究,该研究通过理论分析和实验验证两方面,并确定了影响修补材料的几何相容性和力学相容性的主要影响因素,为在制定机场应用条件下修补材料选择修补结构的设计提供技术支持。

几何相容性:是指修补材料和道面混凝土在特定环境下两者形变的协调性,两者不一致则会导致粘结界面和材料的内部产生应力,从而导致开裂或脱落的发生。修补材料和道面混凝土在特定环境下两者形变的协调性主要存在于两个阶段:修补材料的固化阶段和固化后使用阶段。

力学相容性:是指修补材料和基体材料共同承担荷载的能力,二者之间弹性模量、强度的差异会使得修补后构件内部应力重分布,使得修补结构无法充分发挥其强度,直接影响了修补结构的共同承载力并加速结构破坏。

基于红外的飞鸟检测

和移动式外来物探测

会议期间,杨浩介绍了航行所的另外两项研究成果——基于红外的飞鸟检测技术和移动式外来物探测技术。

据了解,飞鸟和外来物是机场最大的两类不安全事件,但是一直没有比较好的手段解决。其中,对于飞鸟探测来说,普遍采用国外的探鸟雷达,约800万一套,价格昂贵且存在盲区,为此,航行所研发了红外技术检测飞鸟的解决方案,该项技术在白天和夜间对鸟的观测都比较稳定,实现300米距离可“看到”鸽子,700米距离可以“看到”大型鸟类的高清效果。该款产品可以配合探鸟雷达共同使用,以便弥补探鸟雷达的盲区。而对于移动式外来物探测技术来说,杨浩还展示了航行所移动外来物探测技术在机场实测的效果(如下图)。该项技术成本不高,并可以达到FAA的要求。

此外,会议期间与会机场代表纷纷各抒己见,杨浩回答了机场代表所提出的问题。其中,有机场代表问到道面检测与GIS地理信息关联问题,以及局方标准问题。杨浩表示,道面自动检测采用编码器的效果要比GIS地理信息更好。而对于道面检测及检测车辆的局方标准问题,杨浩表示,虽然局方当前暂无标准,但是机场应该考虑自身需求,从提升安全管理、节约成本提升经济效益等方面考虑合理采用。

来源:机场安全  微信订阅号

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