CN120936498A - 飞机轮胎的胎体增强件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞机的子午线轮胎，其包括至少一个含有增强元件的胎体帘布层(51)，每个胎体帘布层(51)具有第一主要部分(52)，所述第一主要部分连接一个胎圈线和另一个胎圈线，并在其端部连接到两个其他部分或卷边(53)，每个其他部分或卷边具有自由端(531)。至少一个胎体帘布层(52)的两个卷边(53)的自由端(531)在轴向上设置为使得在胎面的两个轴向最外沟槽(211)的两个轴向外壁(2112)之间形成覆叠部(6)，每个覆叠部的轴向宽度(L)小于胎冠增强件的轴向宽度(L1)的三分之一。

Description

飞机轮胎的胎体增强件

技术领域

本发明涉及一种具有径向胎体增强件的飞机轮胎。

背景技术

飞机轮胎旨在承受重负载并充气至相对较高的压力，至少8巴以上，优选10巴以上，可能高达25巴。所讨论的轮胎的轮辋直径至少等于6英寸，优选至少等于20英寸。飞机轮胎的特征还在于其高负载和其在标称压力和负载下的挠度，民用飞机的挠度达到28％至33％，军用飞机的挠度高达50％。飞机是起落架不定向的交通工具；飞行或滑行时的飞机是通过操纵机翼上的襟翼或飞机的后部垂直稳定器来定向的，而不是像公路车辆的情况那样通过轮胎的旋转来定向。因此，飞机轮胎具有对于胎体和胎冠增强件而言都是非常特定的结构，所述胎体需要承受非常高的爆破压力，所述胎冠增强件由基于在轴向端部没有自由端的螺旋条带的双层构成，如文献EP 2499006 B1所示。

由于轮胎具有围绕旋转轴线旋转的几何形状，因此轮胎的几何形状通常在包含轮胎旋转轴线的子午平面中进行描述。对于给定的子午平面，径向方向、轴向方向和周向方向分别表示与轮胎的旋转轴线垂直的方向、与轮胎的旋转轴线平行的方向和垂直于子午平面的方向。周向方向与圆周相切。

在下文中，表述“径向内部/在径向上位于内侧”和“径向外部/在径向上位于外侧”分别是指“更接近轮胎的旋转轴线”和“更远离轮胎的旋转轴线”。“轴向内部/在轴向上位于内侧”和“轴向外部/在轴向上位于外侧”分别是指“更接近轮胎的赤道平面”和“更远离轮胎的赤道平面”，所述轮胎的赤道平面为穿过胎面表面的中间并且垂直于旋转轴线的平面。

根据本发明的飞机轮胎具有胎面，所述胎面包括至少两个纵向沟槽，每个沟槽具有轴向内壁和轴向外壁，两个轴向最外沟槽位于赤道平面的两侧。通常，为了避免在轮辋上安装时产生不必要的应力，一个径向最外沟槽与另一个径向最外沟槽相对于赤道平面对称。这些沟槽的作用是排出可能位于跑道上的任何水，以确保轮胎具有适当的抓地性。

根据本发明的飞机轮胎还具有胎冠增强件，所述胎冠增强件包括具有织物增强元件的工作层，所述织物增强元件由脂族聚酰胺制成或由脂族聚酰胺和芳族聚酰胺组成的混合型聚酰胺制成，涂覆有橡胶配混物并与纵向方向XX'形成可变角度，该角度的绝对值在0°和45°之间。工作层通常是通过在圆柱形铺设表面上将条带以之字形周向缠绕或沿周向成圈缠绕而获得，所述圆柱形铺设表面以轮胎的旋转轴线作为其转动轴线。条带通常由至少一个涂覆有弹性体配混物的连续织物增强体构成，通常由并置的相互平行的涂覆有弹性体配混物的连续织物增强体构成。以之字形周向缠绕或沿周向成圈缠绕的优点在于，在工作层的轴向端部，其避免了存在增强体的以下自由端：易于在这些区域中产生裂纹并因此易于降低工作增强件的耐久性和轮胎的寿命的自由端。当将条带以之字形沿周向缠绕时，将工作层成对铺设，每对工作层构成工作双层。因此，远离其轴向端部，工作双层由两个径向叠置的工作层组成。在其轴向端部，工作双层通常包括多于两个径向叠置的工作层。与工作双层的主要部分的两个工作层相比，在径向方向上的额外工作层的数量被称为轴向端部过厚。因此，双层的数量是在赤道平面上的子午横截面上确定的。

根据本发明的飞机轮胎还具有径向胎体增强件，该径向胎体增强件包括胎体层，所述胎体层包括多个基本上沿径向定向(即与周向方向形成在75°和105°之间的角度)的织物增强元件，该增强件锚固在每个胎圈中的至少一个周向增强件上，通常锚固在称为胎圈线的单个周向增强件上。根据现有技术，所述胎体层的增强元件从内向外或从外向内围绕所述胎圈线缠绕，形成卷边，其各自的端部与轮胎的旋转轴线沿径向间隔开。增强元件涂覆有被称为表层配混物的橡胶配混物。

每个胎体层具有连接一个胎圈线和另一个胎圈线的第一主要部分或向外线股、以及两个部分或卷边，所述两个部分或卷边各自均具有自由端。自由端理解为仅指该端部未连接到胎体层的其他部分。每个胎体层的第一部分的每个端部连接到具有自由端的一个卷边或另一个卷边，因此其两个端部都不是自由的。每个卷边的一个端部连接到胎圈线下方的第一部分(称为主要部分)，另一个端部是自由的。

对于短的卷边，各自具有自由端的两个卷边可以在轴向上位于胎体层的第一部分的内侧。胎体层的第一主要部分的作用是通过吸收胎侧的张力(尤其是径向张力)来维持内部压力。卷边的关键作用是防止胎体层因胎体层的增强层之间的表层配混物的剪切而解绕。解绕是指胎体层在轮胎内部压力的作用下与胎圈线分离。

使用飞机轮胎的严苛条件使得胎圈的耐久性应得到改进，尤其是在胎体增强件的卷边处。

然而，飞机轮胎胎圈的耐久性需要得到改进，因为所述胎圈经受相当大的过载，轮胎径向高度会压缩约50％或更多。此外，为了承受由所谓的耐受压力(其等于工作压力的四倍)引起的张力，确定所需的胎体层数量，所述胎体层通常由增强元件形成，所述增强元件由脂族聚酰胺或复合材料(即由具有不同模量值的长丝纱线形成)制成。所述胎体层的很大数量显然会导致增强元件自由端的增多、层间界面的增多、更大的滞后性损失以及因此更高的工作温度，所有这些因素都倾向于增加胎圈疲劳并限制胎圈耐久性。

专利EP1381525中特别提出了使用复合帘线的解决方案，特别是由至少两根高弹性模量的长丝纱线和一根低弹性模量的长丝纱线形成的复合材料，更具体地是由两根芳族聚酰胺或芳纶制成的长丝纱线和一根脂族聚酰胺(更具体地是尼龙)制成的长丝纱线形成的复合材料。

然而，现有技术中描述的结构并非最佳，尤其是在对飞机轮胎至关重要的两个性能方面，即耐久性和质量。发明人的目标是改进这些性能方面。

发明内容

该改进已经通过一种飞机轮胎得以实现，所述飞机轮胎旨在充气至至少等于8巴的压力，所述飞机轮胎具有胎冠、两个胎圈、两个胎侧、和径向胎体增强件，所述胎冠包括胎面和在径向上位于胎面内侧的胎冠增强件，所述两个胎圈能够将轮胎保持在安装轮辋上，所述两个胎侧位于胎圈和胎冠之间，所述径向胎体增强件提供胎圈、胎侧和胎冠之间的连接，

·所述轮胎的赤道平面是穿过胎面的中间并且垂直于旋转轴线的平面，

·所述胎面包括至少两个纵向沟槽，两个轴向最外沟槽位于赤道平面的两侧，每个沟槽具有轴向内壁和轴向外壁，

·所述径向胎体增强件具有至少一个胎体层，所述胎体层具有增强元件，所述增强元件涂覆有橡胶配混物并且基本上沿径向定向，即与周向方向形成在75°和105°之间的角度，

·每个胎体层锚固在每个胎圈中的至少一个周向增强件或胎圈线上，每个胎体层具有第一主要部分，所述第一主要部分连接一个胎圈线和另一个胎圈线并在其端部连接到两个其他部分或卷边，每个其他部分或卷边具有自由端，

·所述胎冠增强件包括至少一对工作层，所述工作层具有增强元件，所述增强元件涂覆有橡胶配混物并与纵向方向XX'形成可变角度，所述可变角度的绝对值在0°和45°之间，所述胎冠增强件具有轴向宽度，

·至少一个胎体层的两个卷边的自由端在轴向上设置在两个轴向最外沟槽的两个轴向外壁之间，一个卷边的自由端在径向上位于所述胎体层的另一个卷边的第二自由端的外侧，并且相对于径向内侧的自由端在轴向上设置为使得形成所述胎体层的两个卷边的两个自由端的覆叠部，

·胎体层的两个卷边的每个覆叠部的轴向宽度小于胎冠增强件的轴向宽度的三分之一。

具体地，令人惊讶的是，胎圈优化并不在于寻找具有良好抗疲劳性并在尽可能低的增强件质量下具有尽可能高的断裂力的增强元件。大大降低底部区域中的应力(特别是某些胎体层的压缩)的出人意料的方法是消除胎圈中胎体层的自由端的存在。在胎侧中具有这些自由端就更不适宜了，胎侧是轮胎在平地行驶时变形和弯曲最大的区域。胎体层的卷边端部的最佳布置区域是位于胎面下方的其中工作层吸收大部分压力的区域，即沟槽之间，更具体地是两个轴向最外沟槽的两个轴向外壁之间，这两个沟槽位于赤道平面的两侧。这种布置使得可以消除至少一个胎体层在每个胎圈中的胎体层端部，从而可以减少胎体层的第一部分在胎圈中的压缩。

为了通过减少胎体层数量来减轻轮胎，重要的是将胎体层的自由端彼此重新联接，以使该重新联接的部分或覆叠部避免胎体层因其表层配混物的剪切而解绕。如果没有重新联接，则需要设置用于重新联接的另一层，其增强元件接近于胎体层的角度，即在75°和105°之间。胎冠层由于其角度而不能吸收横向力。

因此，为了获得良好的耐久性能并实现本发明的最佳改进，需要在胎冠下方在胎面的轴向最外沟槽之间(更具体地是在它们的两个轴向外壁之间)具有两个卷边的覆叠部。覆叠部理解为是指一个卷边的一部分压靠于另一个卷边的一部分，两个卷边之间(两个卷边的增强元件的中心之间)的径向距离小于每个卷边的增强元件的直径之和，优选地小于每个卷边的增强元件的直径平均值的1.5倍。覆叠部可以将施加于一个卷边的力传递到另一个卷边，即将两个卷边重新联接。

为了能够有效地节省质量，胎体层的两个卷边的每个覆叠部的轴向宽度小于胎冠增强件的轴向宽度的三分之一，有利地轴向宽度小于胎冠增强件的宽度的四分之一。覆叠部或胎冠增强件的轴向宽度可以例如在轮胎的子午横截面上测量。

胎体层的两个卷边的每个覆叠部具有至少等于30毫米且至多100毫米的轴向宽度。从30毫米开始，覆叠部的长度就已经可以实现出色的重新联接。超过100毫米，可以缩短覆叠部，以便从质量角度达到最佳。

有利的是，每个胎体层的两个卷边的自由端在轴向上设置在两个轴向最外沟槽的两个轴向外壁之间。将胎体层的所有自由端布置在胎冠下方而不是布置在胎圈或胎侧中的优点在于减少了胎体层在这些端部处的张力变化。通过以这种方式设置它们的自由端，可以使所有胎体层在胎圈处处于张力下，这对于耐久性极其有利。根据通常的设计标准，因此可以在相同的耐久性下减少轮胎中的胎体层的数量，从而节省质量，这对于飞机轮胎极其有利。

优选地，胎体层的两个卷边的每个覆叠部设置成与胎面的沟槽对齐。表述“与……对齐”是指“至少在由……界定的轴向坐标的边界内在径向上位于内侧”。因此，“覆叠部与沟槽对齐”是指，在每个子午横截面中，覆叠部至少在由沟槽界定的轴向坐标处在径向上位于沟槽的内侧。将覆叠部定位成与沟槽对齐的优点在于确保了覆叠部具有更好的耐久性能。这是因为，与沟槽对齐，覆叠部受益于在轮胎固化过程中更高的压力，从而也受益于更好的固化，在模具中产生沟槽的凸起元件的下方，由模具在轮胎的该位置供应的热量和压力更高。

有利的是，对于包括至少两个胎体层的轮胎，胎体层在性质方面不同，或者在两个胎体层的增强元件的性能方面不同，或者在增强元件之间的间距方面不同。在此类结构中，为了进一步优化质量或耐久性，可以在如下方面使胎体层非标准化：在增强元件之间的距离方面；或者在性能方面，例如，通过改变增强元件的丝线的扭转；或者在增强元件的性质方面，使得一个胎体层是或不是由混合型织物制成，而另一胎体层由不同的混合型材料或尼龙或芳纶制成。因此，有利的是，对于包括至少两个胎体层的轮胎，胎体层在增强元件的混合型或单一材料性质方面不同，或者在所用材料方面不同，或者在两个胎体层的增强元件的性能方面不同，或者在增强元件之间的间距方面不同。

优选地，为了便于制造的益处，对于包括至少两个胎体层的轮胎，胎体层在其所有特性方面都是标准化的，即，在增强元件的混合型或单一材料性质方面是标准化的，在两个胎体层的增强元件的性能方面是标准化的，以及在增强元件之间的间距方面是标准化的。

有利的是，为了更好地吸收由胎面传递到轮胎结构的横向力，胎冠增强件在径向上位于胎体增强件的外侧。

有利的是，胎体层的增强元件是断裂力至少等于35daN的织物增强元件。断裂力FR根据标准D885/D885M-10A(2014)进行测量。

织物增强元件可以是织物基本单丝，其任选地涂覆有一层或多层基于非金属粘合剂组合物的涂层。该织物基本单丝例如通过熔融纺丝、溶液纺丝或凝胶纺丝获得。每根织物基本单丝由有机材料(特别是聚合物材料)或无机材料(例如玻璃或碳)制成。聚合物材料可以是热塑性类型，例如脂族聚酰胺(特别是聚酰胺6,6)，脂族聚酰胺(更具体地是尼龙)，以及聚酯(特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯)。聚合物材料可以是非热塑性类型，例如芳族聚酰胺(特别是芳纶)，以及天然或合成的纤维素(特别是人造丝)。每根织物基本单丝具有基本上圆形的横截面，其直径范围例如为2微米至100微米。

织物增强元件可以是多根如上所限定的织物基本单丝的组件，其也称为线股。线股包括优选多于10根的织物基本单丝，优选多于100根的织物基本单丝，更优选多于500根的织物基本单丝。

织物增强元件也可以是多根如上所限定的线股的组件。在一个变体中，制成每根线股的织物基本单丝的材料相同。在另一变体中，制成每根线股的织物基本单丝的材料不同，这种织物增强元件则通常被称为混合型织物增强元件。

有利的是，根据本发明的轮胎可以在胎圈中包括至少一个位于胎圈线和最接近的胎体层之间的内部舌状物，所述内部舌状物包括与周向方向XX'形成在45°和135°之间的角度的织物增强元件，所述舌状物的轴向最外自由端在径向上低于标称轮辋的凸缘的高度。舌状物与胎体层的区别在于，舌状物不具有连接两个胎圈的第一主要部分。它通常设置在胎圈线与胎体层之间。它可以起到更好地分配胎圈线和胎体层之间的剪切力、保护胎体免受冲击等的作用。在本发明中，为了胎侧的耐久性，有利的是不将轴向最外端置于胎侧中。飞机轮胎的标称轮辋的尺寸由轮胎和轮辋协会(TRA)编辑的《飞机年鉴(Aircraft YearBook)》设定。

附图说明

本发明的特征示于示意图1和图2中，这些图未按比例绘制，显示了根据本发明的轮胎的子午横截面。

具体实施方式

在图1中，飞机轮胎(1)具有胎冠(2)、两个胎圈(3)、两个胎侧(4)、和径向胎体增强件(5)，所述胎冠(2)包括胎面(21)和在径向上位于胎面内侧的胎冠增强件(22)，所述两个胎圈(3)能够将轮胎保持在安装轮辋上，所述两个胎侧(4)位于胎圈(3)和胎冠(2)之间，所述径向胎体增强件(5)提供胎圈(3)、胎侧(4)和胎冠(2)之间的连接。轮胎的赤道平面(P)穿过胎面表面的中间，垂直于轮胎的旋转轴线(YY')。胎面(22)包括4个纵向沟槽(211)。两个轴向最外沟槽位于赤道平面的两侧。每个沟槽(211)具有轴向内壁(2111)和轴向外壁(2112)。径向胎体增强件(5)具有锚固在每个胎圈(3)中的胎圈线(31)上的胎体层(51)，所述胎体层(51)具有第一主要部分(52)，所述第一主要部分连接一个胎圈线和另一个胎圈线，并在其端部连接到两个卷边(53)，每个卷边具有自由端(531)。两个卷边(53)的自由端(531)在轴向上设置在两个沟槽(211)的两个轴向外壁(2112)之间。卷边(53)的自由端(531)在径向上位于另一个卷边(53)的第二自由端(531)的外侧，并相对于径向内侧的自由端(531)在轴向上设置为使得形成具有轴向长度(L)的覆叠部(6)，该覆叠部设置成与胎面(21)的沟槽(211)对齐。胎冠增强件(22)包括三对工作层(221)，所述工作层具有织物增强元件，这些织物增强元件与纵向方向XX'形成在0°和45°之间的可变角度。胎冠增强件具有在最大轴向宽度的胎冠层上测量的轴向长度(L1)。内部舌状物(32)设置在胎圈线(3)和胎体层(5)之间，从而更好地联接轮胎的这两个子元件。它包括两个自由端，这两个自由端均未设置在胎侧(3)中，而是各自设置在轮辋凸缘(此处未示出)的下方。图1包括覆叠部(6)的特写，其使得更容易地区分在覆叠部6处的两个卷边53a和53b及其自由端531a和531b。

图2展示了本发明，其胎体增强件(5)包括两个胎体层，其中卷边(53)的自由端(531)设置在胎冠(2)下方和两个轴向最外沟槽的轴向最外壁(2112)之间，并具有轴向覆叠部(6)长度(L)。每个覆叠部设置成与不同的沟槽(211)对齐。该结构显然可以扩展到三个或更多个胎体层。

本发明在标准尺寸790x 275R 15的轮胎上进行了测试。对照轮胎的胎体增强件包括6个胎体层，其端部规则地布置在胎圈的底部和顶部之间。增强元件由尼龙制成，所述尼龙具有3根捻合的丝线，每根丝线的纤度等于188tex。

根据本发明的轮胎采用两个胎体层制得，其中，卷边的自由端设置在胎冠下方，形成轴向长度为40毫米的覆叠部，所述覆叠部的宽度小于胎冠增强件的轴向宽度的25％，所述覆叠部设置在胎面的沟槽下方。胎体层中没有压缩使得可以使用称为A330/A330/N188的混合型增强元件，即两根各自为330tex的芳纶纺纱和一根各自为188tex的尼龙丝线，扭转圈数在220圈和280圈之间。

对照轮胎和根据本发明的轮胎的胎冠(胎面和胎冠增强件)是相同的。

根据特别测试轮胎耐久性的标准TSOC62e，对轮胎进行了测试，获得了成功的结果。本发明还通过了在4倍标称使用压力下的爆破试验或耐受试验，与对照相比，结果提高了12.5％。与对照轮胎相比，根据本发明的轮胎可以减轻2千克的质量，在这些测试标准下，满足轮胎质量节省了近6％。

Claims (9)

1.一种飞机轮胎(1)，其旨在充气至至少等于8巴的压力，所述飞机轮胎具有胎冠(2)、两个胎圈(3)、两个胎侧(4)、和径向胎体增强件(5)，所述胎冠(2)包括胎面(21)和在径向上位于胎面(21)内侧的胎冠增强件(22)，所述两个胎圈(3)能够将轮胎保持在安装轮辋上，所述两个胎侧(4)位于胎圈(3)和胎冠(2)之间，所述径向胎体增强件(5)提供胎圈(3)、胎侧(4)和胎冠(2)之间的连接，

·轮胎的赤道平面(P)是穿过胎面的中间并且垂直于旋转轴线的平面，

·所述胎面(22)包括至少两个纵向沟槽(211)，两个轴向最外沟槽位于赤道平面的两侧，每个沟槽(211)具有轴向内壁(2111)和轴向外壁(2112)，

·所述径向胎体增强件(5)具有至少一个胎体层(51)，所述胎体层具有增强元件，所述增强元件涂覆有橡胶配混物并且基本上沿径向定向，即与周向方向形成在75°和105°之间的角度，

·每个胎体层锚固在每个胎圈(3)中的至少一个周向增强件或胎圈线(31)上，每个胎体层(51)具有第一主要部分(52)，所述第一主要部分连接一个胎圈线和另一个胎圈线并且在其端部连接到两个其他部分或卷边(53)，每个其他部分或卷边具有自由端(531)，

·所述胎冠增强件(22)包括至少一对工作层(221)，所述工作层具有增强元件，所述增强元件涂覆有橡胶配混物并与纵向方向XX'形成可变角度，所述可变角度的绝对值在0°和45°之间，所述胎冠增强件(22)具有轴向宽度(L1)，

·其特征在于，至少一个胎体层(51)的两个卷边(53、53a、53b)的自由端(531、531a、531b)在轴向上设置在两个轴向最外沟槽(211)的两个轴向外壁(2112)之间，一个卷边(53b)的自由端(531b)在径向上位于所述胎体层(51)的另一个卷边(53a)的第二自由端(531a)的外侧，并且相对于径向内侧的自由端(531a)在轴向上设置为使得形成所述胎体层(51)的两个卷边(53、53a、53b)的两个自由端(531、531a、531b)的覆叠部(6)；

·胎体层(51)的两个卷边(53)的每个覆叠部(6)的轴向宽度(L)小于胎冠增强件的轴向宽度(L1)的三分之一；以及

·胎体层(51)的两个卷边(53)的每个覆叠部(6)设置成与胎面(21)的沟槽(211)对齐。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其中，每个胎体层(51)的两个卷边(53)的自由端(531)在轴向上设置在两个轴向最外沟槽(211)的两个轴向外壁(2112)之间。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎，其中，胎体层(51)的两个卷边(53)的每个覆叠部(6)的轴向宽度(L)至少等于30毫米且至多等于100毫米。

4.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其包括至少两个胎体层(51)，其中，所述胎体层(51)在两个胎体层的增强元件的性能方面或增强元件之间的间距方面是不同的。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其包括至少两个胎体层(51)，其中，所述胎体层(51)的所有特征都是标准化的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其中，所述胎冠增强件(22)在径向上位于胎体增强件(5)的外侧。

7.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其中，所述胎体层(51)的增强元件为断裂力至少等于35daN的织物增强元件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其在胎圈(3)中包括在胎圈线(31)和最接近的胎体层之间的至少一个内部舌状物(32)，所述内部舌状物包括织物增强元件，所述织物增强元件与周向方向XX’形成在45°和135°之间的角度，所述内部舌状物具有两个自由端，其中，舌状物(32)的轴向最外自由端在径向上低于标称轮辋的凸缘的高度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其标称充气压力至少等于10巴。