CN112052531B - 一种直升机鱼叉载荷计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空技术领域，公开了一种直升机鱼叉载荷计算方法。鱼叉载荷通过迭代计算得到。计算开始，先给定鱼叉初值，通过计算得到右轮载荷，左轮载荷，尾轮载荷，及鱼叉侧向载荷，再依据稳定性判据判断直升机是否稳定。如果直升机不稳定，加大鱼叉载荷，并重新提交计算。循环往复，直到直升机稳定。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种直升机鱼叉载荷计算方法。
背景技术
舰载直升机在舰船甲板上安全起降的关键在于助降装置应能快速***格栅，并提供足够的拉力保证机体不侧滑和倾翻。为实现这一目标，必须根据实际情况计算出直升机着舰过程中鱼叉及起落架的载荷，以对鱼叉和直升机机体结构进行设计。目前国内对于直升机鱼叉载荷的计算尚无公开资料可查，本发明提出了一种直升机鱼叉载荷的计算方法。
发明内容
本发明的目的：提出一种直升机鱼叉载荷计算方法，为鱼叉及机体结构设计提供载荷输入。
一种直升机鱼叉载荷计算方法，包括以下步骤：
第一步，建立直升机-鱼叉***的平衡方程，并赋予鱼叉垂向载荷初始值；
第二步，根据平衡方程求解直升机起落架载荷以及鱼叉侧向载荷；
第三步，建立直升机稳定性判据；
第四步，根据稳定性判据判断直升机是否稳定；
第五步，若直升机不稳定，则加大鱼叉垂向载荷并重复第二到四步直至直升机稳定。
进一步，所述第二步中的起落架载荷包括：右轮载荷、左轮载荷和尾轮载荷。
进一步，所述右轮载荷
分别代表右轮受到的X/Y/Z三个方向的载荷；
所述左轮载荷
分别代表左轮受到的X/Y/Z三个方向的载荷；
尾轮载荷
分别代表尾轮Y/Z两个方向的载荷；
所述X方向为直升机航向；所述Y方向为直升机侧向，所述Z方向为直升机垂向。
进一步，所述第一步中直升机-鱼叉***平衡方程包括：力平衡方程，
其中，
F舰船为舰船运动引起的惯性载荷，F风为风载，T为直升机升力；FA为鱼叉载荷，
由于鱼叉能在锥角θ范围内自由转动，则
进一步，所述第一步中直升机-鱼叉***平衡方程还包括：力矩平衡方程；
所述力矩平衡方程包括：
对左右轮连线上y＝0的点B取矩，
其中，Mwind为风载转换到重心处的力矩；
为B点坐标，
为直升机重心坐标；
为鱼叉作用点坐标；
为右轮接地点坐标；
为左轮接地点坐标；
为尾轮接地点坐标；
所述力矩平衡方程还包括：
对右轮接地点取矩，
其中，
进一步，所述第二步中，选取力平衡方程和以下三个力矩平衡方程
求解直升机起落架载荷以及鱼叉侧向载荷。
进一步，在第二步中，求解直升机起落架载荷以及鱼叉侧向载荷还包括以下方程：
1)Frx＝Flx；
2)当Fwy<Fμwy时，
当Fwy≥Fμwy时，
其中，Fμwy为尾轮最大静摩擦力，Fμwy＝μFwz；
3)当
且
时，Fry＝Fly；
当
时，
当
时，
其中，Fμr＝μFrz，Fμl＝μFlz；分别为左右轮最大静摩擦力。
进一步，所述第三步中的判据包括：直升机不倾覆判据和直升机不侧滑判据；所述直升机不倾覆判据和直升机不侧滑判据需同时满足。
进一步，所述直升机不倾覆判据为：Flz≥0且Frz≥0且Fwz≥0。
进一步，所述直升机不侧滑判据为：
且
且Fwy≥Fμwy。
本发明的有益技术效果：本发明提出的一种鱼叉载荷计算方法，该方法综合考虑了舰船的运动参数(包括横纵摇角、惯性加速度)、直升机的停机状态(停机角)、甲板摩擦系数、风速、起落架性能(缓冲支柱以及轮胎的静压曲线)，能够较为真实地反映直升机受载情况，为直升机鱼叉以及机体结构设计提供载荷输入。
附图说明
图1是直升机受力分析图；
图2是鱼叉载荷计算流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种直升机鱼叉载荷计算方法，包括如下步骤：
[1]建立直升机-鱼叉***的平衡方程
着舰过程中，主轮通过刹车***锁死，尾轮无刹车***，尾轮自由定向装置通过中立锁锁死，故尾轮无法绕缓冲支柱轴转动。
直升机在甲板停稳后，鱼叉探杆***格栅，直升机受到的外载包括鱼叉拉力、重力、舰船运动引起的惯性载荷、风载、旋翼升力及轮胎支反力。
由于鱼叉可在θ锥角内自由转动，故鱼叉装置航向及侧向刚度较差，可认为航向载荷由主轮均匀分配；同理，侧向载荷可认为由主轮和尾轮共同承担，但当尾轮侧向载荷超出其最大静摩擦力时，鱼叉将承担部分侧向载荷，且鱼叉载荷需满足条件
鱼叉载荷通过迭代计算得到，计算伊始，需给定鱼叉初值FAz，即初始输出载荷。
直升机的受力分析如图1所示，其中，点r、l、w为起落架接地点，点A为鱼叉作用点，点G为重心。
通过受力分析可知，该***共有9个未知数，分别为右轮载荷
左轮载荷
尾轮载荷
鱼叉侧向载荷FAy。理论上来说，需要9个方程来求解上述未知数。
***存在三个力平衡方程和三个力矩平衡方程，三个力平衡方程如下：
其中，
F舰船为舰船运动引起的惯性载荷，F风为风载；
为鱼叉载荷，由于鱼叉能在锥角θ范围内自由转动，则
对力矩平衡方程，需在以下6个方程中选择3个方程进行求解。
对B点取矩，
其中，Mwind为风载转换到重心处的力矩；
为B点坐标，
为直升机重心坐标；
为鱼叉作用点坐标；
为右轮接地点坐标；
为左轮接地点坐标；
为尾轮接地点坐标。
对r点取矩，
其中，
取其中三个方程
进行求解。
在此6个方程之外，还需补充以下3个方程：
1)航向载荷由主轮均匀分配，故补充方程Frx＝Flx；
2)侧向载荷由主轮和尾轮共同承担，当尾轮侧向载荷超出其最大静摩擦力时，侧向载荷由主轮、尾轮、鱼叉探杆共同承担，故补充方程Fμwy＝μFwz，其中μ为舰面摩擦系数。并作如下处理：
当Fwy<Fμwy时，
当Fwy≥Fμwy时，
3)主轮上侧向载荷依照以下原则处理：
当
且
时，
Fry＝Fly
当
时，
当
时，
其中，Fμr＝μFrz，Fμl＝μFlz，μ为舰面摩擦系数。
[2]设置直升机稳定性判据
直升机在舰面上的不稳定状态可以分为倾覆和侧滑：倾覆状态下，至少一个机轮抬起；侧滑状态下，三个机轮绕鱼叉作用点滑动。
则倾覆判据可规定为：Flz≥0且Frz≥0且Fwz≥0，直升机不倾覆；否则，直升机倾覆。
侧滑判据可规定为：
且
且Fwy≥Fμwy，直升机侧滑；否则，直升机不侧滑。
只有同时满足以上两个判据条件，直升机才能稳定。
其计算流程可归纳如下：
鱼叉载荷通过迭代计算得到。计算开始，先给定鱼叉初值FAz，通过计算得到右轮载荷
左轮载荷
尾轮载荷
及鱼叉侧向载荷FAy，再依据稳定性判据判断直升机是否稳定。如果直升机不稳定，加大鱼叉载荷，并重新提交计算。循环往复，直到直升机稳定。计算流程图如图2。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种直升机鱼叉载荷计算方法，其特征在于：所述方法包括：
第一步，建立直升机-鱼叉***的平衡方程，包括：力平衡方程和力矩平衡方程；并赋予鱼叉垂向载荷初始值；X方向为直升机航向；Y方向为直升机侧向，Z方向为直升机垂向；
力平衡方程：
其中
F舰船为舰船运动引起的惯性载荷，F风为风载，T为直升机升力；FA为鱼叉载荷，
所述力矩平衡方程包括：
对直升机左右轮连线上y＝0的点B取矩，
对右轮接地点取矩，
第二步，根据力平衡方程和以下三个力矩平衡方程
以及三个补充方程求解直升机起落架载荷以及鱼叉侧向载荷；起落架载荷包括：右轮载荷、左轮载荷和尾轮载荷；
所述右轮载荷
Frx、Fry、Frz分别代表右轮受到的X/Y/Z三个方向的载荷；
所述左轮载荷
Flx、Fly、Flz分别代表左轮受到的X/Y/Z三个方向的载荷；
尾轮载荷
Fwy、Fwz分别代表尾轮Y/Z两个方向的载荷；
三个补充方程如下：
1)Frx＝Flx；
2)当Fwy<Fμwy时，
当Fwy≥Fμwy时，
其中，Fμwy为尾轮最大静摩擦力，Fμwy＝μFwz；
3)当
且
时，Fry＝Fly；
当
时，
当
时，
其中，Fμr＝μFrz，Fμl＝μFlz；分别为左右轮最大静摩擦力；
第三步，建立直升机稳定性判据；
第四步，根据稳定性判据判断直升机是否稳定；
第五步，若直升机不稳定，则加大鱼叉垂向载荷并重复第二到四步直至直升机稳定。
2.根据权利要求1所述的一种直升机鱼叉载荷计算方法，其特征在于：
由于鱼叉能在锥角θ范围内自由转动，因此
3.根据权利要求2所述的一种直升机鱼叉载荷计算方法，其特征在于：所述第三步中的判据包括：直升机不倾覆判据和直升机不侧滑判据；
所述直升机不倾覆判据和直升机不侧滑判据需同时满足。
4.根据权利要求2所述的一种直升机鱼叉载荷计算方法，其特征在于：
所述直升机不倾覆判据为：Flz≥0且Frz≥0且Fwz≥0。
5.根据权利要求4所述的一种直升机鱼叉载荷计算方法，其特征在于
所述直升机不侧滑判据为：
且
且Fwy≥Fμwy。
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