CN113420418A - 一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法 - Google Patents

一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法 Download PDF

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牟丹
王海涛
郑玉才
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Abstract

本申请属于飞机设计领域，特别涉及一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法。包括：步骤一、构建六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型，所述六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型包括轮胎动力学模型；步骤二、获取多组飞机滑跑速度以及转弯操纵角度作为输入变量，并将所述输入变量输入到所述六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型中进行仿真，得到各个飞机滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间的变化曲线；步骤三、判断所述变化曲线是否出现减小第一预定幅度后又增大第二预定幅度的情况；若是，则定义飞机出现侧滑；若否，则定义飞机未出现侧滑。本申请能够快速实现飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断，具有较大的工程实用价值。

Description

一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法
技术领域
本申请属于飞机设计领域，特别涉及一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法。
背景技术
飞机的地面滑跑特性是飞机设计的重要内容，统计表明超过百分之五十的安全事故发生在飞机起降阶段，因此飞机地面滑跑直接关系到飞行任务的安全，现代飞机设计和研制中对飞机地面滑跑安全越来越重视。在飞机地面滑跑出现侧滑现象将导致飞机滑行轨迹失控，严重时会导致飞机冲出跑道甚至造成飞机侧翻，飞机地面滑跑出现侧滑现象的有效判断是飞机地面滑跑安全的重中之重。
目前，国内外对飞机地面滑跑侧滑现象的研究比较少，在飞机地面滑跑出现侧滑现象判断方法研究等方面基本上为空白，但该内容又是飞机地面滑跑安全的重要因素和前提，应当引起关注。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，包括：
步骤一、构建六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型，所述六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型包括轮胎动力学模型；
步骤二、获取多组飞机滑跑速度以及转弯操纵角度作为输入变量，并将所述输入变量输入到所述六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型中进行仿真，得到各个飞机滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间的变化曲线；
步骤三、判断所述变化曲线是否出现减小第一预定幅度后又增大第二预定幅度的情况；
若是，则定义飞机出现侧滑；
若否，则定义飞机未出现侧滑。
在本申请的至少一个实施例中，所述轮胎动力学模型包括：轮胎垂向力模型、轮胎切向力模型以及轮胎侧向力模型。
在本申请的至少一个实施例中，所述轮胎垂向力模型为：
Figure BDA0003089142520000021
其中，FZ为轮胎垂向力，CT为轮胎垂直振动阻尼系数，
Figure BDA0003089142520000022
为轮胎压缩速度，f(δ)为轮胎静压曲线。
在本申请的至少一个实施例中，所述轮胎切向力模型为：
FX＝μFZ
Figure BDA0003089142520000023
其中，FX为轮胎切向力，μ为轮胎切向摩擦系数，Sg为轮胎航向滑移率，μx为轮胎滑动摩擦系数。
可选地，所述轮胎侧向力模型为：
Fy＝Cθθ
其中，Fy为轮胎侧向力，Cθ为侧偏刚度，θ为侧偏角。
在本申请的至少一个实施例中，所述六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型还包括起落架缓冲器模型。
在本申请的至少一个实施例中，步骤三中，所述第一预定幅度以及所述第二预定幅度均为15％。
在本申请的至少一个实施例中，还包括：
步骤四、根据飞机未出现侧滑的各个飞机滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间的变化曲线，获得飞机地面转弯操纵安全滑跑速度范围。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，能够快速实现飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断，适用于飞机总体设计并指导飞机地面滑跑安全评估，具有较大的工程实用价值。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的飞机地面滑跑出现侧滑的判断方法中轮胎侧向动力学特性图；
图2是本申请一个实施方式的不同滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间变化曲线。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，包括以下步骤：
步骤一、构建六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型，六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型包括轮胎动力学模型；
步骤二、获取多组飞机滑跑速度以及转弯操纵角度作为输入变量，并将输入变量输入到六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型中进行仿真，得到各个飞机滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间的变化曲线；
步骤三、判断变化曲线是否出现减小第一预定幅度后又增大第二预定幅度的情况；
若是，则定义飞机出现侧滑；
若否，则定义飞机未出现侧滑。
还包括：
步骤四、根据飞机未出现侧滑的各个飞机滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间的变化曲线，获得飞机地面转弯操纵安全滑跑速度范围。
在飞机地面滑行阶段进行转弯过程中，由飞机轮胎所受的侧向摩擦力提供转弯向心力，当滑跑速度过大或者操纵角度过大时轮胎的侧向力不足以提供转弯所需的向心力时，轮胎会发生侧向滑动引起急剧转弯，严重的侧滑甚至将引起飞机侧翻，影响飞机的地面滑行安全。飞机广泛采用的起落架前三点式布局，在地面运动阶段飞机主起落架载荷大于前起落架载荷，主起轮胎的垂向载荷大于前起轮胎，同时主起轮胎距离飞机定常转弯的瞬心较近，转弯半径较小，主起轮胎提供的侧向力通常远大于前起，主起轮胎侧滑引起的侧向力变化也远大于前起轮胎侧滑所带来的侧向力变化。在转弯过程中内侧主起轮胎的侧偏角大于外侧主起轮胎的侧偏角，因此内侧主起轮胎更容易达到侧向力极限发生侧滑。且主起轮胎发生侧滑时飞机转弯半径会发生减小，转弯所需的侧向力增大导致侧滑现象将进一步恶化。综上所述，本申请的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，选取了内侧主轮作为飞机滑跑侧滑判断点进行分析。
在本申请的优选实施方式中，轮胎动力学模型包括：轮胎垂向力模型、轮胎切向力模型以及轮胎侧向力模型。
具体的，轮胎垂向力模型为：
Figure BDA0003089142520000041
其中，FZ为轮胎垂向力，CT为轮胎垂直振动阻尼系数，
Figure BDA0003089142520000042
为轮胎压缩速度，f(δ)为轮胎静压曲线。
轮胎切向力模型为：
FX＝μFz
式中，轮胎切向摩擦系数μ与轮胎航向滑移率Sg有关，具体关系为：
Figure BDA0003089142520000051
其中，FX为轮胎切向力，μ为轮胎切向摩擦系数，Sg为轮胎航向滑移率，μx为轮胎滑动摩擦系数。
轮胎侧向力模型为：
Fy＝Cθθ
其中，Fy为轮胎侧向力，Cθ为侧偏刚度，θ为侧偏角。
轮胎侧向力的动力学关系如图1所示。
本申请的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型还包括起落架缓冲器模型。
本申请的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，给定多组包含飞机滑跑速度以及转弯操纵角度等信息作为变量输入值，对飞机地面转弯滑跑进行仿真，输出各个飞机滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间的变化曲线，如图2所示。
本申请的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，飞机地面转弯滑跑过程中，选择内侧主轮侧向力变化作为出现侧滑的判断条件。当内侧主轮侧向力出现显著减小后又明显增大时，认为飞机出现侧滑，产生这种现象的原因是由于进入定常转弯后侧向力不足以提供向心力轮胎发生侧滑，轮胎发生侧滑时提供的滑动摩擦力要小于未出现侧滑时的静摩擦力，轮胎侧向力减小，飞机发生侧滑将对转弯参数产生改变，随后飞机重新进入新的定常转弯阶段侧向力恢复。
在本申请的优选实施方式中，当变化曲线出现减小15％后又增大15％的情况时，则认为飞机出现了侧滑。
本申请的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，根据未出现侧滑的各个滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间变化曲线，获得飞机地面转弯操纵安全滑跑速度范围，进而在飞机实际地面滑跑过程中操纵飞机处于安全范围内。
本申请的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，通过该方法对飞机地面滑跑时出现的侧滑现象进行判断，可避免飞机地面转弯滑跑时出现冲出跑道甚至侧翻的风险，确保地面滑跑安全，具有较大的工程实用价值。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，其特征在于，包括：
步骤一、构建六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型，所述六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型包括轮胎动力学模型；
步骤二、获取多组飞机滑跑速度以及转弯操纵角度作为输入变量，并将所述输入变量输入到所述六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型中进行仿真，得到各个飞机滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间的变化曲线；
步骤三、判断所述变化曲线是否出现减小第一预定幅度后又增大第二预定幅度的情况；
若是，则定义飞机出现侧滑；
若否，则定义飞机未出现侧滑。
2.根据权利要求1所述的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，其特征在于，所述轮胎动力学模型包括：轮胎垂向力模型、轮胎切向力模型以及轮胎侧向力模型。
3.根据权利要求2所述的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，其特征在于，所述轮胎垂向力模型为：
Figure FDA0003089142510000011
其中，FZ为轮胎垂向力，CT为轮胎垂直振动阻尼系数，
Figure FDA0003089142510000012
为轮胎压缩速度，f(δ)为轮胎静压曲线。
4.根据权利要求3所述的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，其特征在于，所述轮胎切向力模型为：
FX＝μFZ
Figure FDA0003089142510000021
其中，FX为轮胎切向力，μ为轮胎切向摩擦系数，Sg为轮胎航向滑移率，μx为轮胎滑动摩擦系数。
5.根据权利要求4所述的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，其特征在于，所述轮胎侧向力模型为：
Fy＝Cθθ
其中，Fy为轮胎侧向力，Cθ为侧偏刚度,θ为侧偏角。
6.根据权利要求1所述的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，其特征在于，所述六自由度飞机地面滑跑多体动力学模型还包括起落架缓冲器模型。
7.根据权利要求1所述的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，其特征在于，步骤三中，所述第一预定幅度以及所述第二预定幅度均为15％。
8.根据权利要求1所述的飞机地面滑跑出现侧滑现象的判断方法，其特征在于，还包括：
步骤四、根据飞机未出现侧滑的各个飞机滑跑速度对应的飞机内侧主轮轮胎侧向力随时间的变化曲线，获得飞机地面转弯操纵安全滑跑速度范围。
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