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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Jorge Braulio Cossio Duran
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Fernandes Júnior, José Leomar (Presidente)
Bardini, Vivian Silveira dos Santos
Dinato, Antonio Carlos
Furlan, Ana Paula
Oliveira, Francisco Heber Lacerda de
Título em inglês
Airport pavement roughness evaluation through aircraft dynamic response
Palavras-chave em inglês
Aircraft dynamic response
Airport pavements
Boeing bump index
International roughness index
Pavement roughness
Resumo em inglês
Airport pavements and longitudinal elevation profiles, in conjunction with the aircraft, form a system where vertical displacements are produced that can compromise their performance. Rough pavements are generally responsible for the occurrence of dynamic responses such as vertical accelerations and pavement loads that affect the aircraft, increase stopping distance and difficult to read the cockpit instrumentation. To approach this problem, the International Roughness Index (IRI) and the Boeing Bump Index (BBI) are currently used to quantify airport pavement roughness and to identify sections that need maintenance and rehabilitation (M&R) activities. However, such indices were developed only based on the dynamic responses of an automobile at 80 km/h to the irregularities of road pavements, and from the physical characteristics of the irregularities, respectively, without considering the effect of the aircraft dynamic response. In addition, current critical limits for IRI and BBI can misjudge the real condition of the pavement. This research aims to evaluate the effect of airport pavement roughness on aircraft dynamic response in terms of vertical accelerations at the aircraft cockpit (VACP) and at the center of gravity (VACG), as well of dynamic loads at the nose, main and rear landing gear (NGPL, MGPL, and RGPL), which may compromise the aircraft safety and the pavement performance. The ProFAA software was used to compute both indices and to simulate the responses of 4 representative aircraft traversing 20 runway profiles at 10 operational speeds varying from 20 to 200 knots (37 to 370 km/h). Statistical comparisons and regression analyses between roughness indices and dynamic responses were carried out. Principal results indicated that VACP was 50% higher than VACG and that NGPL was approximately 80% higher than MGPL. In addition, it was observed that VACP exceeds 0.40 g when the IRI is higher than 3.7 m/km and that NGPL doubles the static load when the IRI is higher than 3.3 m/km. A case study presented to compare these limits shown that decision-making based on the dynamic response of the aircraft can bring significant differences in the number and quality of M&R activities.
Título em português
Avaliação da irregularidade longitudinal de pavimentos aeroportuários através da resposta dinâmica das aeronaves
Palavras-chave em português
Boeing Bump Index
International Roughness Index
Irregularidade longitudinal
Pavimentos aeroportuários
Resposta dinâmica das aeronaves
Resumo em português
Os pavimentos aeroportuários e os perfis de elevação longitudinal, em conjunto com as aeronaves, formam um sistema onde são produzidos deslocamentos verticais que podem comprometer seu desempenho. Pavimentos irregulares são geralmente responsáveis pela ocorrência de respostas dinâmicas como acelerações verticais e carregamentos no pavimento que podem danificar a aeronave, aumentar a distância de parada e dificultar a leitura dos instrumentos de navegação na cabine dos pilotos. Para abordar esse problema, os índices International Roughness Index (IRI) e Boeing Bump Index (BBI) são utilizados atualmente para quantificar a irregularidade longitudinal dos pavimentos aeroportuários e identificar seções que demandem atividades de manutenção e reabilitação (M&R). No entanto, tais índices foram desenvolvidos apenas com base nas respostas dinâmicas de um automóvel a 80 km/h às irregularidades dos pavimentos rodoviários e a partir das características físicas das irregularidades, respectivamente, sem considerar o efeito da resposta dinâmica das aeronaves. Ainda, os limites críticos atuais para IRI e BBI podem subestimar a condição real do pavimento. Esta pesquisa objetiva avaliar o efeito da irregularidade longitudinal na resposta dinâmica das aeronaves em termos de acelerações verticais na cabine dos pilotos (VACP) e no centro de gravidade (VACG) assim como os carregamentos no trem de pouso de nariz, principal e traseiro (NGPL, MGPL e RGPL, respectivamente), que podem comprometer a segurança das aeronaves e o desempenho do pavimento. O software ProFAA foi utilizado para calcular os dois índices e para simular as respostas de 4 aeronaves representativas operando 20 pistas de pouso e decolagem em 10 velocidades de operação variando de 20 a 200 nós (37 a 370 km/h). Comparações estatísticas e análises de regressão entre índices e respostas dinâmicas foram realizadas. Os principais resultados indicaram que VACP foi 50% maior do que VACG e que NGPL foi aproximadamente 80% maior do que MGPL. Além disso, observou-se que VACP ultrapassa 0,40 g quando o IRI está acima de 3,7 m/km e que NGPL dobra a carga estática quando o IRI está acima de 3,3 m/km. Um estudo de caso apresentado para comparar esses limites indicou que a tomada de decisão baseada na resposta dinâmica das aeronaves pode trazer diferenças significativas na quantidade e qualidade das atividades de M&R.
 
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Data de Publicação
2019-04-23
 
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