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Assessing Friction Characteristics of Tire Tread Rubber (AFRIC2)

Assessing Friction Characteristics of Tire Tread Rubber (AFRIC2)

Led by:  Dipl.-Ing. Stephanie Kahms
E-Mail:  kahms@ids.uni-hannover.de
Team:  Dipl.-Ing. Stephanie Kahms (Kontaktmechanik von Elastomeren)
Year:  2019

Bei Bodenmanövern von Flugzeugen kommt dem Reifen große Bedeutung zu. Zum einen muss dieser das Gewicht des Flugzeugs tragen und zum anderen die Übertragung der bei Start und Landung wirkenden Trag-, Führungs- und Bremskräfte gewährleisten. Um ein Flugzeug nach dem Touchdown zum Stehen zu bekommen, stehen die Schubumkehr, der Luftwiderstand sowie die Bremskraft der Scheibenbremsen zur Verfügung. Um kurze Bremswege zu erreichen, ist vor allem die Reibung zwischen Reifen und Landebahn wichtig. Die im Kraftschluss von Reifen und Landebahn wirkende Bremskraft ist für einen großen Anteil der Bremsenergie verantwortlich. Während die Reibung im Reifen-Fahrbahn- Kontakt für Automobil- und Nutzfahrzeugreifen bereits seit vielen Jahren anhand von Modellen untersucht wird, ist dies bei Flugzeugen noch anders. Hier beruht die Entwicklung von Flugzeugreifen bisher weitestgehend auf empirischen Erfahrungen der Hersteller. Zum besseren Verständnis des Bremsverhaltens rücken daher, nach dem Vorbild der Automobilindustrie, Modelle zur Beschreibung der auftretenden Kräfte in den Fokus.

Ein sehr bekanntes Modell zur Beschreibung eines rollenden, deformierbaren Reifens, das auch im Rahmen dieses Projektes verwendet wird, ist das Bürstenmodell. Die Lauffläche des Reifens wird durch Bürstenhaare ersetzt. Diese ermöglichen die Beschreibung der sich einstellenden Haft-und Gleitzone innerhalb der Reifenaufstandsfläche. Die Bürstenhaare repräsentieren die Elastizität von Karkasse, Gürtel und Lauffläche des Reifens. Erreicht ein Bürstenhaar den Einlauf in die Kontaktfläche, haftet es zunächst und erfährt eine immer größer werdende Durchbiegung, bis es zum Auslauf hin beginnt zu gleiten. Die Kräfte innerhalb der Kontaktzone werden separat für die Haft- und Gleitzone über das Elastizitätsgesetz beziehungsweise die Coulomb’sche Gleitreibungsformel bestimmt. Sie sind dabei abhängig von der Reifensteifigkeit, der Kontaktlänge, dem Schlupf, der vertikalen Kraft sowie dem Reibungskoeffizienten. Die Parameter des Modells mu ̈ssen oft experimentell bestimmt werden. Vor allem der Reibungskoeffizient spielt dabei eine wichtige Rolle, da dieser neben der Gleitgeschwindigkeit und der Kontaktspannung auch von der Temperatur abhängig ist.