基于飞机-跑道相互作用的飞机滑跑动力响应获取方法技术

本发明专利技术涉及一种基于飞机

【技术实现步骤摘要】
基于飞机
‑
跑道相互作用的飞机滑跑动力响应获取方法


[0001]本专利技术涉及飞机滑跑动力学计算，具体地指一种基于飞机
‑
跑道相互作用的飞机滑跑动力响应获取方法
。。

技术介绍

[0002]在起飞
、
降落的高速滑跑阶段，道面不平整激励导致飞机产生振动，不仅影响乘客舒适性，降低飞行员驾驶安全性，更加剧了起落架等飞机构件的疲劳破坏
。
为保障飞机的运行安全和结构安全，亟需准确获取飞机的振动响应
。
道面不平整激发的飞机振动，经起落架传递至道面，又会引起跑道结构产生振动位移，这反过来进一步加剧了飞机的振动，飞机
‑
跑道形成相互作用
、
相互影响的动力系统
。
因此，考虑飞机
‑
跑道的相互作用是准确获取飞机振动响应的前提
。
[0003]现有飞机滑跑动力学研究，大多不考虑跑道振动，仅以跑道不平整作为激励
。
比如，中国专利申请号
CN201711362851.0
公开了一种机场跑道平整度评价的方法，该方法以飞行器滑行轮迹的相对高程为输入，采用
MATLAB/Simulink
建立飞行器动力学仿真模型，运行得到代表机型在不平整激励下的运动状态
。
该方法未考虑跑道参振对飞机滑跑的影响，不符合实际动力相互作用机制
。
[0004]飞机
‑
跑道相互作用系统多自由度
、
高耦合，建模和解析复杂，因而考虑飞机
‑
跑道相互作用的现有研究中均采用简化的二自由度或四自由度飞机起落架模型
。
但新一代大型飞机轮距宽
、
尺寸大，空间振动显著，仅采用简化的飞机模型无法表征真实情况下飞机的复杂运动行为，计算结果势必与真实值存在偏差
。
因此，面向飞机
‑
跑道的动力相互作用机制，如何进行更加真实的飞机滑跑数值仿真，获取准确的动力响应成为亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种一种基于飞机
‑
跑道相互作用的飞机滑跑动力响应获取方法，该方法建立全自由度飞机
‑
三维跑道相互作用系统模型，实现更符合实际的飞机滑跑数值仿真，获取准确的飞机动力响应，能够广泛服务于飞机滑跑安全评价等实际应用
。
[0006]实现本专利技术目的采用的技术方案是一种一种基于飞机
‑
跑道相互作用的飞机滑跑动力响应获取方法，该方法包括：
[0007]S1、
建立全自由度飞机地面动力学模型；
[0008]S2、
建立三维跑道模型；
[0009]S3、
建立全自由度飞机
‑
三维跑道相互作用系统模型；
[0010]S4、
求解所述自由度飞机
‑
三维跑道相互作用系统模型
。
[0011]在上述技术方案中，步骤
S2
包括：
[0012]首先，在
ABAQUS
中对建立的跑道模型进行模态分析，获取跑道结构的各阶固有频率
、
振型
、
阻尼比；然后依据振型叠加法建立跑道结构的振动方程式，如式
(1)
所示：
[0013][0014]{Y
r
}
＝
[
φ
]{A}
[0015][0016][0017]式中，
Mr、Cr、Kr
分别为跑道的质量
、
阻尼
、
刚度矩阵；
Y
r
，分别为跑道的位移
、
速度
、
加速度矢量；
F
表示跑道所受外力；
[
φ
]为跑道结构各阶振型组成的矩阵；
{A}、
分别为对应的广义坐标
。
[0018]在上述技术方案中，步骤
S3
包括：
[0019]通过分析飞机与跑道接触位置
x
处机轮与道面的接触关系，得到点
x
处飞机轮胎压缩量
y(x)
为该点处机轮位移
、
道面不平整
、
跑道振动位移三者的函数，如式
(2)
所示：
[0020]y(x)
＝
z
t
(x)
‑
[Y
r
(x)+q(x)]ꢀꢀꢀ
(2)
[0021]式中，
z
t
(x)
表示飞机机轮位移；
Y
r
(x)
表示跑道振动位移，
q(x)
表示不平整激励；
[0022]飞机和跑道间的相互作用力
F(x)
，随位置
x
的不同而动态变化，是点
x
处飞机轮胎压缩量
y(x)
的函数，如式
(3)
所示：
[0023][0024]式中，
k
t
、c
t
分别为机轮的刚度和阻尼
。
[0025]基于
F(x)
将飞机和跑道联系起来，形成飞机
‑
跑道系统模型，如式
(4)
所示：
[0026][0027]式中，
[M]、[C]、[K]分别为飞机
‑
跑道系统的质量
、
阻尼
、
刚度矩阵；
{u}、
分别为系统的位移
、
速度
、
加速度矢量；
{P}
为系统荷载矢量
。
[0028]在上述技术方案中，步骤
S4
包括：
[0029]首先，采用前两步的位移
、
速度
、
加速度来表示下一步的位移
{u}
i+1
和速度其积分格式如式
(5)
和式
(6)
所示：
[0030][0031][0032]式中，
ψ
、
为积分控制参数；计算起步时，令即可进行逐步求解，起步后，取时；
[0033]进而，采用式
(7)
计算下一步的加速度
[0034][0035][0036]本专利技术具有以下优点：
[0037]1、
实现飞机滑跑动力响应的准确计算：本专利技术中，飞机为全自由度模型，其中机翼
升力
、
起落架
、
轮胎模型符合飞机运行特点；跑道为道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于飞机
‑
跑道相互作用的飞机滑跑动力响应获取方法，其特征在于，包括：
S1、
建立全自由度飞机地面动力学模型；
S2、
建立三维跑道模型；
S3、
建立全自由度飞机
‑
三维跑道相互作用系统模型；
S4、
求解所述自由度飞机
‑
三维跑道相互作用系统模型
。2.
根据权利要求1所述基于飞机
‑
跑道相互作用的飞机滑跑动力响应获取方法，其特征在于，步骤
S2
包括：首先，在
ABAQUS
中对建立的跑道模型进行模态分析，获取跑道结构的各阶固有频率
、
振型
、
阻尼比；然后依据振型叠加法建立跑道结构的振动方程式，如式
(1)
所示：
{Y
r
}
＝
[
φ
]{A}]{A}
式中，
Mr、Cr、Kr
分别为跑道的质量
、
阻尼
、
刚度矩阵；分别为跑道的位移
、
速度
、
加速度矢量；
F
表示跑道所受外力；
[
φ
]
为跑道结构各阶振型组成的矩阵；分别为对应的广义坐标
。3.
根据权利要求2所述基于飞机
‑
跑道相互作用的飞机滑跑动力响应获取方法，其特征在于，步骤
S3
包括：通过分析飞机与跑道接触位置
x
处机轮与道面的接触关系，得到点
x
处飞机轮胎压缩量
y(x)
为该点处机轮位移
、
道面不平整
、
跑道振动位移三者的函数，如式
(2)
所示：
y(x)
＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘诗福，侯天新，凌建明，田雨，李沛霖，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：