一种飞机地面主轮协同转弯防侧翻控制方法技术

本发明专利技术涉及一种飞机地面主轮协同转弯防侧翻控制方法，方法包括：实时获取飞机前轮转向运动参量和主轮协同转向运动参量；计算防翻倒力臂；在飞机起落架受力最优条件下，基于力平衡方程和力矩平衡方程计算不同前轮转角的地面转弯瞬时中心点坐标，并获得与中心点坐标对应的前轮转角和主轮转角之间的关系；计算不同前轮转角的侧翻力矩与稳定力矩；在侧翻力矩与稳定力矩平衡的情况下，计算得到前轮极限转角，基于前轮极限转角拟合得到飞机侧翻安全包线；基于安全包线控制前轮转角，防止飞机侧翻。与现有技术相比，本发明专利技术具有准确度高、泛用性好等优点。好等优点。好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机地面主轮协同转弯防侧翻控制方法


[0001]本专利技术涉及飞机地面转弯防侧翻控制领域，尤其是涉及一种飞机地面主轮协同转弯防侧翻控制方法。

技术介绍

[0002]随着航空运输需求不断增长，民用飞机也在向着运载能力大的宽体飞机方面发展。宽体飞机起飞着陆重量较大，对于起落架系统布局以及跑道承载性提出了更高的要求。飞机地面滑跑转弯是飞机地面运动的主要形式，现代民用飞机要求能迅速滑离跑道并转入滑行道，以减少占用跑道时间，提高机场的运作效率，改善飞机地面机动性，保障飞机起降安全。
[0003]宽体飞机作地面转弯运动时，在前轮转向的同时采用主轮协同转向以减小转弯半径并降低主起落架受到的附加侧向力矩，采用较快的滑行速度以缩短跑道占用时间，提高机场的运作效率。但当飞机转弯角度和滑行速度不匹配时可能会引起机轮侧翻，造成飞机翻倒事故，使飞行员失去对飞机的操纵能力，对乘客和机组人员造成安全威胁。目前的防侧翻控制研究没有考虑前轮和主轮协同转向情况下的防侧翻策略，没有将起落架视为整体轮胎进行计算，与飞机实际情况相比存在较大偏差，防侧翻控制的准确度低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种飞机地面主轮协同转弯防侧翻控制方法，通过在飞机地面主轮协同转弯过程中，获取飞机前轮转向和主轮协同转向时的运动参量，计算不同前轮转角对应的飞机防翻倒力臂，计算起落架受力最优条件下不同前轮转角对应的飞机地面转弯瞬时中心点，同时获得前轮转角和主轮转角之间的关系，计算飞机地面主轮协同转弯过程中的侧翻力矩和稳定力矩；通过侧翻力矩与稳定力矩相平衡计算得到对应滑行速度下的前轮极限转角，最后拟合得到飞机侧翻安全包线从而进行飞机地面转弯防侧翻控制，实现准确度高、泛用性广、控制性能好的转弯防侧翻控制。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]S1、实时获取飞机前轮转向运动参量和主轮协同转向运动参量；
[0007]S2、基于飞机前轮转向运动参量、飞机起落架布局及飞机起落架的几何尺寸得到飞机轮胎坐标和飞机重心坐标，基于飞机轮胎坐标和飞机重心坐标计算防翻倒力臂；
[0008]S3、在飞机起落架受力最优条件下，基于力平衡方程和力矩平衡方程计算不同前轮转角的地面转弯瞬时中心点坐标，并获得与中心点坐标对应的前轮转角和主轮转角之间的关系，所述力平衡方程和力矩平衡方程的参数中包括飞机前轮转向运动参量和主轮协同转向运动参量；
[0009]S4、根据所述地面转弯瞬时中心点坐标与前轮转角和主轮转角之间的关系，计算不同前轮转角的侧翻力矩与稳定力矩；
[0010]S5、在侧翻力矩与稳定力矩平衡的情况下，计算得到前轮极限转角，基于前轮极限转角拟合得到飞机侧翻安全包线，所述安全包线为前轮极限转角和飞机滑行速度之间的函数曲线；
[0011]S6、基于所述飞机侧翻安全包线控制前轮转角，防止飞机侧翻。
[0012]进一步地，所述飞机起落架受力最优条件为满足起落架受力最优目标函数，函数表达式为：
[0013]f1＝min(|T
O
|+|T
I
|)
[0014]f2＝|F
O
‑
F
I
|≤F
[0015]f3＝||T
O
|
‑
|T
I
||≤T
[0016]其中，T
O
为转弯外侧主起落架扭矩，T
I
为转弯内侧主起落架扭矩，F
O
为转弯外侧主起落架横向力，F
I
为转弯内侧主起落架横向力，T为转弯内外侧主起落架扭矩安全差值，F为转弯内外侧主起落架横向力安全差值。
[0017]进一步地，所述侧翻力矩与稳定力矩的计算表达式为：
[0018]T1＝N
CD
H
[0019]T2＝(G
‑
Y)S
[0020]其中，T1为侧翻力矩，T2为稳定力矩，N
CD
为地面作用于轮胎合力在CD垂线上的投影，H为飞机重心高度，G为飞机重量，Y为飞机升力，S为防翻倒力臂。
[0021]进一步地，所述侧翻力矩与稳定力矩平衡的表达式为：
[0022]T1＝T2[0023]其中，T1为侧翻力矩，T2为稳定力矩。
[0024]进一步地，所述地面作用于轮胎合力在CD垂线上的投影的具体表达式为：
[0025]N
CD
＝(F
E
‑
F
G
)sinβ+F
n
cos(β
‑
θ)
[0026]其中，F
E
为发动机推力，F
G
为迎面阻力，F
n
为飞机转弯法向惯性力，β为飞机重心速度方向与机体轴线夹角，θ为防翻倒力臂与机体轴线夹角。
[0027]进一步地，所述防翻倒力臂的计算表达式为：
[0028][0029]其中，(x
C
，y
C
)为飞机外侧主起落架前排外侧轮胎C点坐标，(x
D
，y
D
)为飞机前起落架外侧轮胎D点坐标，(x
G
，y
G
)为飞机重心G坐标。
[0030]进一步地，基于所述飞机侧翻安全包线控制前轮转角具体为：获得当前飞机滑行速度，控制前轮转角不超过前轮极限转角。
[0031]进一步地，所述前轮转向运动参量包括前轮转角、前轮侧偏角和飞机滑行速度。
[0032]进一步地，所述主轮协同转向运动参量包括内侧主轮转角、外侧主轮转角、主起落架各轮胎的侧偏角和飞机滑行速度。
[0033]进一步地，所述主起落架各轮胎的侧偏角包括前轴主轮侧偏角、中轴主轮侧偏角和后轴主轮侧偏角。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035](1)专利技术通过求解起落架受力最优条件下的飞机地面转弯瞬时中心点坐标并得到对应的前轮转角和主轮转角之间的关系，进一步对侧翻力矩和稳定力矩进行计算，使其相平衡求得前轮极限转角。所得侧翻包线将飞机地面转弯过程中前轮转向和主轮协同转向的影响同时进行了考虑，填补目前飞机地面主轮协同转弯防侧翻理论计算方法的空白，为多轮多支柱式飞机地面转弯防侧翻控制系统设计提供理论依据。
[0036](2)本专利技术根据前起落架转角、飞机外形尺寸、起落架单个轮胎位置坐标，同时考虑轮胎的弹性，计算转弯过程中的防翻倒力臂，相对于将起落架视为整体轮胎进行计算，该方案所得计算结果更加符合飞机实际场景，提高了计算准确度和泛用性，提高了防侧翻的控制性能。
附图说明
[0037]图1为本专利技术的流程图；
[0038]图2为本专利技术的飞机地面主轮协同转弯平面示意图；
[0039]图3为本专利技术的飞机起落架轮胎布局示意图；
[0040]图4为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机地面主轮协同转弯防侧翻控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、实时获取飞机前轮转向运动参量和主轮协同转向运动参量；S2、基于飞机前轮转向运动参量、飞机起落架布局及飞机起落架的几何尺寸得到飞机轮胎坐标和飞机重心坐标，基于飞机轮胎坐标和飞机重心坐标计算防翻倒力臂；S3、在飞机起落架受力最优条件下，基于力平衡方程和力矩平衡方程计算不同前轮转角的地面转弯瞬时中心点坐标，并获得与中心点坐标对应的前轮转角和主轮转角之间的关系，所述力平衡方程和力矩平衡方程的参数中包括飞机前轮转向运动参量和主轮协同转向运动参量；S4、根据所述地面转弯瞬时中心点坐标与前轮转角和主轮转角之间的关系，计算不同前轮转角的侧翻力矩与稳定力矩；S5、在侧翻力矩与稳定力矩平衡的情况下，计算得到前轮极限转角，基于前轮极限转角拟合得到飞机侧翻安全包线，所述安全包线为前轮极限转角和飞机滑行速度之间的函数曲线；S6、基于所述飞机侧翻安全包线控制前轮转角，防止飞机侧翻。2.根据权利要求1所述的一种飞机地面主轮协同转弯防侧翻控制方法，其特征在于，所述飞机起落架受力最优条件为满足起落架受力最优目标函数，函数表达式为：f1＝min(|T
O
|+|T
I
|)f2＝|F
O
‑
F
I
|≤Ff3＝||T
O
|
‑
|T
I
||≤T其中，T
O
为转弯外侧主起落架扭矩，T
I
为转弯内侧主起落架扭矩，F
O
为转弯外侧主起落架横向力，F
I
为转弯内侧主起落架横向力，T为转弯内外侧主起落架扭矩安全差值，F为转弯内外侧主起落架横向力安全差值。3.根据权利要求1所述的一种飞机地面主轮协同转弯防侧翻控制方法，其特征在于，所述侧翻力矩与稳定力矩的计算表达式为：T1＝N
CD
HT2＝(G
‑
Y)S其中，T1为侧翻力矩，T2为稳定力矩，N
CD
为地面作用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，耿计凯，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：