CN103476677A - 用于确定飞机着陆事件的摩擦系数μ的方法与系统 - Google Patents
用于确定飞机着陆事件的摩擦系数μ的方法与系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供确定飞机着陆事件的地面与轮胎摩擦系数的方法和系统，该方法包括：·将包括飞行垂直加速度在内的多个飞机数据参数（2）提供给飞机计算模型，并通过改变飞机模型的一个或多个初始条件来使用该飞机计算模型（4）重复模拟着陆事件，直到确定飞机垂直加速度的模拟值与飞机垂直加速度的提供值之间的最佳匹配为止；·将与模拟的和提供的飞机垂直加速度值的最佳匹配相关联的该飞机计算模型（4）初始条件提供给起落架计算模型（12），并还将源自位于飞机起落架上第一传感器的应变值（14）提供给起落架计算模型（12），且该起落架计算模型（12）将地面与轮胎摩擦系数的值作为可变条件；·模拟起落架以产生模拟应变值，并将模拟应变值与测得的应变值比较；以及·用地面与轮胎摩擦系数的不同值来重复起落架模拟步骤，直到确定模拟的应变值与测得的应变值之间的最佳匹配为止，并输出相应的摩擦系数值。
Description
背景技术
当飞机操作人员报告可疑的硬着陆时，可能需要飞机和起落架制造商来分析该事件从而确定起落架是否过载。然而，在分析过程中存在保守性，使得各部件在尚未过载时可被认为过载。
如果机组人员怀疑硬着陆，则他们宣布可能发生硬着陆，并由机组维修人员进行飞机起落架的目视检查。无论是机组人员的主观评估还是维修人员进行的目视检查都不能确定起落架是否经受过载。如果飞机由于怀疑过载而着地，则对飞机操作人员而言存在严重的经济和/或运行影响，然而，优选的是当由于安全影响引起实际过载时认为该飞机是可维修的。如果该操作人员怀疑可能有过载，则从飞行数据记录器（FDR）下载飞机飞行参数数据（诸如飞机横向和纵向加速度、地面速度、俯仰和纵倾角、飞机质心、和重心位置）并报告给飞机和起落架制造商，制造商使用动态模型来评估该起落架在发生自旋加快（spin-up）、回弹、和最大垂直反应期间所经历的负载。仅在该分析之后才决定是否已经过载。
例如，对于主配装和滑动管主起落架部件的关键负载情况是自旋加快和回弹拖曳轴响应负载。这些负载的大小很大程度上取决于飞机竖直加速度和纵向的地面与轮胎摩擦系数μ。然而，在某些飞机上通常以仅8Hz的频率对垂直加速度采样，而与是否发生过载相关的着陆的关键部分花费时间少于125ms。因此，可能会错过着陆撞击时的峰值垂直加速度。此外，由于μ不是测量参数，所以飞机和起落架制造商在其分析过程中使用最坏情况假设值。对于某些情况，这致使起落架部件以及附连结构的不必要的保守处理。因此，存在实现改进的监测方法与技术来使操作可用性最大化并使成本最小化、同时保持可接受的安全度的动机。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种确定飞机着陆事件的地面与轮胎摩擦系数的方法，该方法包括：
将包括飞行垂直加速度在内的多个飞机数据参数提供给飞机计算模型，并通过改变该飞机模型的一个或多个初始条件使用该飞机计算模型重复模拟着陆事件，直到确定飞机垂直加速度的模拟值与飞机垂直加速度的提供值之间的最佳匹配为止；
将与模拟的和提供的飞机垂直加速度值的最佳匹配相关联的飞机计算模型初始条件提供给起落架计算模型，且还将源自位于飞机起落架上第一传感器的应变值提供给该起落架计算模型，该起落架计算模型将地面与轮胎摩擦系数的值作为可变条件；
模拟起落架以产生模拟的应变值，并将模拟的应变值与测得的应变值比较；以及
用地面与轮胎摩擦系数的不同值来重复起落架模拟步骤，直到确定模拟的应变值与测得的应变值之间的最佳匹配为止，并输出相应的摩擦系数值。
该方法还可包括分析起落架计算模型对确定的地面与轮胎摩擦系数的输出以确定在飞机着陆事件期间是否发生起落架过载。
附加地或可选地，飞机数据参数的至少一部分可由飞机飞行数据记录器提供。此外，飞机数据参数的另一部分可由位于飞机的起落架上的至少一个远程惯性测量单元提供。该至少一个远程惯性测量单元较优选地以大于8Hz的频率对飞机数据参数进行采样。
可将另一输入提供给该飞机计算模型，该另一输入由位于飞机起落架上的第二传感器提供，该第二传感器被配置成测量由该飞机计算模型模拟的除了飞机垂直加速度的另一值，且其中重复模拟飞机着陆事件直到另外确定模拟的和测量的多个另一值的最佳匹配为止。该另一值可包括起落架的减震器行程。
该应变值优选地是起落架的拖曳负载的指示。
该第一传感器可包括位于起落架上拖曳支柱上的应变仪。
根据本发明的第二方面，提供一种确定飞机着陆事件的地面与轮胎摩擦系数的系统，该系统包括：
飞行数据采集系统，该飞行数据采集系统被配置成在着陆事件期间记录包括飞机垂直加速度在内的多个飞机数据参数；
飞机计算模型，该飞机计算模型被配置成接收多个飞机数据参数并通过改变一个或多个初始条件来重复模拟着陆事件，直到确定飞机垂直加速度的模拟值与飞机垂直加速度的采集值之间的最佳匹配为止；
第一传感器，该第一传感器位于飞机起落架上并被配置成在着陆事件期间产生应变值；
起落架计算模型，该起落架计算模型用地面与轮胎摩擦系数的值作为可变条件，并被配置成：
接收与模拟的和记录的飞机垂直加速度值的最佳匹配相关联的飞机计算模型初始条件；
接收来自该第一传感器的应变值；
模拟起落架以产生模拟的应变值，并将模拟的应变值与测得的应变值比较；以及
用地面与轮胎摩擦系数的不同值来重复模拟步骤，直到确定模拟的应变值与测得的应变值之间的最佳匹配为止，并输出相应的摩擦系数值。
该系统还可包括分析模块，以分析起落架计算模型对确定的地面与轮胎摩擦系数的输出，从而确定在飞机着陆事件期间是否发生起落架过载。
飞行数据采集系统可包括飞机飞行数据记录器，且还附加地包括位于飞机起落架上的至少一个远程惯性测量单元。该至少一个远程惯性测量单元优选地被配置成以大于8Hz的频率采样飞机数据参数。
该系统可包括第二传感器，该第二传感器位于飞机起落架上并被配置成测量由飞机计算模型模拟的除了飞机垂直加速度之外的另一值，且其中飞机计算模型还被配置成接收来自该第二传感器的数据并重复模拟飞机着陆事件直到另外确定模拟的和测得的多个另一值的最佳匹配为止。
该第二传感器可被配置成测量起落架的减震器行程。
该应变值可以是起落架的拖曳负载的指示。
该第一传感器可包括位于起落架上拖曳支柱上的应变仪。
附图说明
下面将参照附图更详细讨论本发明的各实施例，附图中：
图1示出根据本发明实施例的确定μ的方法；
图2示出根据本发明实施例的用于确定μ的系统的框图；以及
图3示出根据本发明各实施例的配装了附加传感器的飞机起落架。
具体实施例
图1中的流程图表示根据本发明实施例的对于飞机着陆事件更准确地确定地面与轮胎摩擦系数μ的值的方法。将多个飞机参数2提供至飞机计算模型4的输入，来定义模型的初始条件。这些参数包括这些飞行参数的由飞机飞行数据记录器（FDR）6记录的飞行数据，诸如飞机横向和垂直加速度、地面速度、俯仰角和纵倾角、飞机的质心、和重心位置。飞机计算模型4使用所提供的参数来数值地模拟飞机着陆事件，提供该事件的模拟并提供模拟的飞行参数的各值，包括飞机垂直加速度的模拟值。除了飞行数据记录器数据6所定义的初始条件外，飞机计算模型的其它初始条件必须设置成允许模型模拟着陆事件。这些其它初始条件之一是地面与起落架轮胎之间的摩擦系数μ的值。此时，μ的真实值是未知的，所以设置假设值。假设值可以是一般值、或可基于正模拟的着陆事件时已知的跑道条件来模拟。然而，重要的是注意在该方法中此时μ的真实值是未知的。
将由飞机模型4产生的飞机垂直加速度的值与由FDR提供的垂直加速度的实际值比较。如果两个值不匹配，则改变8飞机计算模型的一个或多个初始条件，且再次模拟着陆事件。重复该过程，直到达到飞机垂直加速度的模拟值与实际值的最接近匹配为止（步骤10）。提供与实际着陆事件最接近匹配的初始条件的设置被提供为来自飞机计算模型的输出。
来自飞机模型的初始条件输出设置为起落架计算模型12的输入初始条件，该起落架计算模型12被配置成模拟着陆事件期间特定起落架的特定行为，包括起落架的负载、应变、和运动/变形。各初始条件包括地面与轮胎摩擦系数μ的假设值。用于确定硬着陆事件期间起落架是否临界过载尤其感兴趣的是自旋加快和回弹期间主起落部件所经历的负载。自旋加快是本领域对于当起落架轮胎首先与跑道表面接触时并从静止加速到全转速时开始的时间段的术语。在此期间，起落架经历横向拖曳负载，即，起落架经受朝向飞机后部的弯曲力。回弹是其中当轮胎达到全转速时去除拖曳负载的时间段的相应术语。如前所述，这些负载的大小很大程度上取决于飞机竖直加速度和地面与轮胎摩擦系数μ。起落架计算模型采用来自飞机计算方法的初始条件输出来模拟着陆事件期间特定起落架所经历的负载，包括自旋加速和回弹期间的横向拖曳负载。另一初始条件是摩擦系数μ的值，对于第一次模拟取飞机计算模型先前使用的μ的假设值。在本发明的各实施例中，一个或多个传感器位于实际飞机起落架上以允许导出拖曳负载的测量值。例如，应变仪可位于起落架的拖曳支柱上以测量起落架经受的应变值14。重复模拟起落架所经受的负载，且每次重复时改变摩擦系数μ的初始值（步骤18），直到来自起落架的测得的应变值与由起落架计算模型确定的相应值匹配为止（步骤16）。通过使测得的和模拟的应变值匹配，确定μ的更准确的值。来自最佳匹配起落架模型的输出将是自旋加速和回弹时的动态轴响应负载，以及起落架减震器内的内部压力，并可随后用于进行起落架的结构部署分析过程，从而确定是否发生任何过载情况。
如前所述，已知的飞行数据记录器往往以通常8Hz的相对低频率采样其测得的飞行参数。然而，自旋加速和回弹事件通常花费小于1/8秒的时间段发生，且因此垂直加速度的峰值可未被FDR单元所记录，致使飞机计算模型产生的随后模拟的着陆事件的不准确度。为了减少这些不准确度，在本发明的一些实施例中，采用附加数据参数采集系统，该系统被配置成以比已知FDR更高的频率来记录飞行数据参数。例如，一个或多个远程惯性测量单元可位于起落架结构上，其被配置成以三维来记录高速加速度和纵倾速率。还为飞机计算模型提供来自RIMU的数据20以增加模型输出的准确度。
为了进一步提高飞机模拟阶段的准确度，在确定模型输出值与记录的数据参数的最佳匹配时，可测量起落架的一个或多个其它参数并与相应的模型输出值、以及垂直加速度值比较。一个这样的适合的其它参数是减震器行程，例如，该减震器行程可根据起落架设计使用位于该起落架上最合适点处的转动可变位移传感器测得。
图2中示出用于实现本发明各实施例的合适系统。将来自飞行数据记录器（FDR）22以及（在装配的情况下）远程惯性测量单元（RIMU）24的输出提供给飞机计算模型26，将来自飞机计算模型26的输出提供给起落架计算模型28。在所示系统中，两个计算模型包括单个数据处理器30，单个数据处理器30通常位于远离所讨论的飞机处，诸如在起落架制造商处。然而，数据处理器可位于飞机上。可为每个模型提供同样的分立的数据处理器。还将来自位于起落架上一个或多个传感器32、34的输出提供给相应的计算模型。图3示出示例性主起落架结构，该结构具有位于拖曳支柱上的应变仪和传感器，以测量由双箭头指示的减震器行程。
Claims (18)
1.一种确定飞机着陆事件的地面与轮胎摩擦系数的方法，所述方法包括：
将包括飞行垂直加速度在内的多个飞机数据参数提供给飞机计算模型，并通过改变所述飞机模型的一个或多个初始条件使用所述飞机计算模型重复模拟着陆事件，直到确定飞机垂直加速度的模拟值与飞机垂直加速度值的提供值之间的最佳匹配为止；
将与模拟的和提供的飞机垂直加速度值的最佳匹配相关联的飞机计算模型初始条件提供给起落架计算模型，并还将源自位于飞机起落架上第一传感器的应变值提供给所述起落架计算模型，且所述起落架计算模型将所述地面与轮胎摩擦系数的值作为可变条件；
模拟所述起落架以产生模拟应变值，并将所述模拟的应变值与测得的应变值比较；以及
用所述地面与轮胎摩擦系数的不同值来重复所述起落架模拟步骤，直到确定模拟的应变值与测得的应变值之间的最佳匹配为止，并输出相应的摩擦系数值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：分析所述起落架计算模型对所确定的地面与轮胎摩擦系数的输出以确定在所述飞机着陆事件期间是否发生起落架过载。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，飞机数据参数的至少一部分由飞机飞行数据记录器提供。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，飞机数据参数的另一部分由位于所述飞机的所述起落架上的至少一个远程惯性测量单元提供。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个远程惯性测量单元以大于8Hz的频率对所述飞机数据参数进行采样。
6.如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，将另一输入提供给所述飞机计算模型，所述另一输入由位于所述飞机起落架上的第二传感器提供，所述第二传感器被配置成测量由所述飞机计算模型模拟的除了所述飞机垂直加速度外的另一个值，且其中重复模拟所述飞机着陆事件直到另外确定所述模拟的和测量的多个另一值的最佳匹配为止。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述另一值包括所述起落架的减震器行程。
8.如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述应变值是所述起落架的拖曳负载的指示。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一传感器包括位于所述起落架上拖曳支柱上的应变仪。
10.一种用于确定飞机着陆事件的地面与轮胎摩擦系数的系统，所述系统包括：
飞行数据采集系统，所述飞行数据采集系统被配置成在所述着陆事件期间记录包括飞机垂直加速度在内的多个飞机数据参数；
飞机计算模型，所述飞机计算模型被配置成接收所述多个飞机数据参数并通过改变一个或多个初始条件重复模拟所述着陆事件，直到确定飞机垂直加速度的模拟值与飞机垂直加速度的采集值之间的最佳匹配为止；
第一传感器，所述第一传感器位于所述飞机起落架上并被配置成在所述着陆事件期间产生应变值；
起落架计算模型，所述起落架计算模型将地面与轮胎摩擦系数的值作为可变条件，并被配置成：
接收与模拟的和记录的飞机垂直加速度值的最佳匹配相关联的飞机计算模型初始条件；
接收来自所述第一传感器的所述应变值；
模拟所述起落架以产生模拟的应变值，并将所述模拟的应变值与测得的应变值比较；以及
用所述地面与轮胎摩擦系数的不同值重复所述模拟步骤，直到确定模拟的应变值与测得的应变值之间的最佳匹配为止，并输出相应的摩擦系数值。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括：分析模块，以分析所述起落架计算模型对确定的地面与轮胎摩擦系数的输出以确定在所述飞机着陆事件期间是否发生起落架过载。
12.如权利要求10或11所述的系统，其特征在于，飞行数据采集系统包括飞机飞行数据记录器。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述飞行数据采集系统还包括位于所述飞机的所述起落架上的至少一个远程惯性测量单元。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述至少一个远程惯性测量单元以大于8Hz的频率对所述飞机数据参数进行采样。
15.如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括：第二传感器，所述第二传感器位于所述飞机起落架上并被配置成测量由所述飞机计算模型模拟的除了所述飞机垂直加速度之外的另一值，且其中所述飞机计算模型还被配置成接收来自所述第二传感器的输出并重复模拟所述飞机着陆事件直到另外确定所述模拟的和测得的多个另一值的最佳匹配为止。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第二传感器被配置成测量所述起落架的所述减震器行程。
17.如权利要求10至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述应变值是所述起落架的拖曳负载的指示。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述第一传感器包括位于所述起落架上拖曳支柱上的应变仪。
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