CN103984848A - 一种飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机设计领域，涉及一种飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法，其特征在于通过对飞机典型状态的拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线进行修正，可得到不同拦阻着陆质量、啮合速度和发动机推力情况下的拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线，为飞机拦阻装置设计提供准确的载荷输入数据。其有益效果是：解决了飞机非典型拦阻着陆重量、非典型啮合速度和发动机推力等非典型拦阻工况下的飞机拦阻装置载荷确定问题，无需开展非典型拦阻工况试验即可得飞机拦阻装置载荷特性曲线，节省了试验费用和周期。

Description

一种飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法

技术领域

本发明属于飞机设计领域，涉及一种飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法。

背景技术

拦阻装置载荷是飞机拦阻装置相关结构、强度设计的重要依据。典型拦阻重量、规定啮合速度和拦阻距离下的典型拦阻载荷-拦阻距离曲线，一般通过飞行实测得到。但是，显然实际飞机进行拦阻着陆时，无论是拦阻重量，还是啮合速度都会与典型拦阻载荷-拦阻距离曲线发生偏离，为了对在该种情况下的地面拦阻装置进行评估，需要得到非典型拦阻工况下的拦阻载荷-拦阻距离曲线。

目前，没有飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法。因此，需要进行这方面的研究，提出一种正确的飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法，使用该方法，能够得到非典型拦阻工况下的飞机拦阻装置拦阻载荷-拦阻距离曲线。

发明内容

本发明就是为解决以上问题，提出一种飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法。

本发明的技术方案是：一种飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，典型拦阻装置载荷-拦阻距离曲线定义。

典型的拦阻载荷-拦阻距离曲线如图1所示。“真值”曲线⑤，置信度为γ=90%时的置信区间上限曲线①、置信区间下限曲线③、均值曲线②，以及振荡峰值限制曲线④。90-90概率分布的含义是：每次拦阻着陆，可以有90%的把握说，曲线⑤有90%的数据点落在曲线③和曲线①之间。但是全部数据点都不超过曲线④。

典型拦阻载荷-拦阻距离曲线（简称为F-S曲线）图的无量纲坐标如下：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{X}=\frac{x}{S_{\max }}\\ \stackrel{\‾}{Y}=\frac{{\mathrm{FS}}_{\max }}{{\mathrm{CMV}}_E^2}\end{array}\right.$

系数C用下式确定

$C=\frac{[{0.5\mathrm{MV}}^2+{\mathrm{TS}}_{\max }+k_1{\mathrm{MgS}}_{\max }+k_{2}g{\∫}_0^{S_{\max }}{V_i}^2\mathrm{dx}]V_B^2}{[0.5{\mathrm{MV}}_B^2+T_B{S}_{\max }+k_1{\mathrm{MgS}}_{\max }+k_{2}g{\∫}_0^{S_{\max }}{V}_{\mathrm{iB}}^2\mathrm{dx}]V^2}$

式中，平均滚动摩擦系数k₁＝0.017

平均气动阻力系数

k₂＝0.011+2.2×10-⁶M

V_i是瞬时速度，即某一时刻的飞机拦阻滑行速度。

拦阻系统设定的飞机拦阻滑行距离，无量纲化的拦阻滑行距离可以针对不同的量纲化值。

式中，

——拦阻载荷-拦阻距离无量纲化横坐标；

——拦阻载荷-拦阻距离无量纲化纵坐标；

V_E——啮合速度，相对于地面拦阻器测量的飞机拦阻速度；

F——拦阻载荷，平行于跑道地面的分量；

F_f——飞机拦阻滑行的摩擦阻力；

F_D——飞机拦阻滑行的气动阻力；

T——发动机推力；

T_ave——飞机拦阻滑行全程的平均推力；

M——飞机着陆（舰）质量；

S——拦阻系统设定了的拦阻滑行全程；

W——飞机着陆重量；

C——飞机拦阻动能修正系数，取值范围为0.5～1.0；

n_x——飞机拦阻过载；

_g——重力加速度，取9.80665；

γ——置信度；

ζ——速度折算系数，当飞机具有不同于本典型图例给出的设计啮合速度，其拦阻载荷附乘此系数；

ξ——推力折算系数，按照飞机拦阻滑行全程的平均推力与飞机拦阻重量的比值，以及飞机啮合速度，查阅曲线取得该系数，拦阻载荷附乘此系数；

第二，通过飞机拦阻着陆试验确定典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线,如图1所示的曲线。

典型状态包括：

1）典型重量状态：设计着陆重量M_D、最大着陆重量M_MAX和极限着陆重量M_LIM，

2）典型啮合速度：设计着陆重量对应的啮合速度V_MO.D。最大着陆重量对应的啮合速度V_MO.MAX。极限着陆重量对应的啮合速度V_MO.LIM

3）典型发动机平均推力。

第三，拦阻装置载荷特性曲线修正

1）非典型拦阻着陆重量的曲线修正

d)质量小于设计着陆重量M_MAX的飞机，其拦阻载荷的计算，需要结合进行设计着陆重量M_D、啮合速度V_MO.D的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线进行外延计算。

e)质量介于设计着陆重量M_D～最大着陆重量M_MAX之间的飞机，其拦阻载荷的计算，需要结合设计着陆重量M_D、啮合速度V_MO.D的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线和最大着陆重量M_MAX、啮合速度V_MO.MAX的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线进行线性插值。

f)质量介于最大着陆重量M_MAX～极限着陆重量M_LIM之间的飞机，其拦阻载荷的计算，需要结合最大着陆重量M_MAX、啮合速度V_MO.MAX的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线和极限着陆重量M_LIM、啮合速度V_MO.LIM的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线进行线性插值。

2）非典型啮合速度的曲线修正

以其它啮合速度着陆的飞机，其拦阻载荷的计算，需要在典型啮合速度对应的载荷基础上乘以系数或

$\mathrm{\ζ}=\frac{V_E^2}{{M_{\mathrm{MO}.\mathrm{MAX}}}^2}$ 或 $\mathrm{\ζ}=\frac{V_E^2}{{M_{\mathrm{MO}.\mathrm{LIM}}}^2}.$

3）拦阻载荷的推力修正系数

此处所说的推力是指在飞机在标准拦阻滑行距离内，经功量等效折算出来的平均推力，如图2。

按图2，平均推力可表示为

$T_{\mathrm{ave}}=\frac{{\∫}_0^{S_{\max }}T\left(s\right)\mathrm{ds}}{S_{\max }}$

平均推力与飞机着陆重量的比值κ（简称“拦阻推重比”，典型曲线分为0.3、0.4、0.5和0.6，可以插值计算）。

$0.3\≤\mathrm{\κ}=\frac{T_{\mathrm{ave}}}{W}\≤0.6$

得出“拦阻推重比”后，可以根据啮合速度查阅拦阻载荷的推力修正系数ξ，并将其附乘到拦阻载荷。

啮合速度-推力修正系数曲线族如图3。

本发明的优点是：这种技术方法解决了非典型拦阻工况下的飞机拦阻装置载荷计算问题，其有效性得到了海军飞机拦阻装置平台的验证。

附图说明

图1：典型的拦阻载荷-拦阻距离曲线

图2：经功量等效折算出来的平均推力示意图

图3：啮合速度-推力修正系数曲线族

图4：典型拦阻着陆质量22000kg的拦阻载荷-拦阻滑行距离无量纲图

图5：典型拦阻着陆质量24000kg的拦阻载荷-拦阻滑行距离无量纲图

图6：典型拦阻着陆质量26000kg的拦阻载荷-拦阻滑行距离无量纲图

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

一、典型拦阻着陆质量图例

本标准给出典型拦阻着陆质量22000kg、24000kg和26000kg的拦阻载荷-拦阻滑行距离无量纲图，分别如图4、图5和图6所示。对于图中曲线，说明如下：量纲化时按照，横坐标1处为90m，纵坐标1处为100000kg；

二、拦阻装置载荷特性曲线修正

1）非典型拦阻着陆重量的曲线修正

a）质量小于22000kg之间的飞机，其拦阻载荷的计算，需要结合图4进行线性外推。

b）质量介于22000kg～24000kg之间的飞机，其拦阻载荷的计算，需要结合图4和图5进行线性插值。

c）质量介于24000kg～26000kg之间的飞机，其拦阻载荷的计算，需要结合图5和图6进行线性插值。

2）非典型啮合速度的曲线修正

以其它啮合速度着陆的飞机，其拦阻载荷的计算，需要在图4示出载荷的基础上乘以系数需要在图5示出载荷的基础上乘以系数图6示出载荷的基础上乘以系数

3）拦阻载荷的推力修正系数

此处所说的推力是指在飞机在标准拦阻滑行距离内，经功量等效折算出来的平均推力，如图2。

按图2，平均推力可表示为

$T_{\mathrm{ave}}=\frac{{\∫}_0^{S_{\max }}T\left(s\right)\mathrm{ds}}{S_{\max }}$

平均推力与飞机着陆重量的比值κ（简称“拦阻推重比”，典型曲线分为0.3、0.4、0.5和0.6，可以插值计算）。

$0.3\≤\mathrm{\κ}=\frac{T_{\mathrm{ave}}}{W}\≤0.6$

得出“拦阻推重比”后，可以根据啮合速度查阅拦阻载荷的推力修正系数ξ，并将其附乘到拦阻载荷。

啮合速度-推力修正系数曲线族如图3。

Claims (2)

1.一种飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法，其特征在于：

首先，进行典型拦阻装置载荷-拦阻距离曲线定义

典型的拦阻载荷-拦阻距离曲线“真值”曲线⑤，置信度为γ=90%时的置信区间上限曲线①、置信区间下限曲线③、均值曲线②，以及振荡峰值限制曲线④；典型拦阻载荷-拦阻距离曲线，即F-S曲线图的无量纲坐标如下：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{X}=\frac{x}{S_{\max }}\\ \stackrel{\‾}{Y}=\frac{{\mathrm{FS}}_{\max }}{{\mathrm{CMV}}_E^2}\end{array}\right.$

拦阻系统设定的飞机拦阻滑行距离，无量纲化的拦阻滑行距离可以针对不同的量纲化值；

第二、通过飞机拦阻着陆试验确定典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线

典型状态包括：

1）典型重量状态：设计着陆重量M_D、最大着陆重量M_MAX和极限着陆重量M_LIM，

2）典型啮合速度：设计着陆重量对应的啮合速度V_MO._D；最大着陆重量对应的啮合速度V_MO._MAX；极限着陆重量对应的啮合速度V_MO._LIM

3）典型发动机平均推力；

第三、拦阻装置载荷特性曲线修正

1）非典型拦阻着陆重量的曲线修正

a)质量小于设计着陆重量M_MAX的飞机，其拦阻载荷的计算，结合进行设计着陆重量M_D、啮合速度V_MO.D的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线进行线性外推；

b)质量介于设计着陆重量M_D～最大着陆重量M_MAX之间的飞机，其拦阻载荷的计算，结合设计着陆重量M_D、啮合速度V_MO.D的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线和最大着陆重量M_MAX、啮合速度V_MO.MAX的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线进行线性插值；

c)质量介于最大着陆重量M_MAX～极限着陆重量M_LIM之间的飞机，其拦阻载荷的计算，结合最大着陆重量M_MAX、啮合速度V_MO._MAX的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线和极限着陆重量M_LIM、啮合速度V_MO.LIM的典型状态拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线进行线性插值；

2）非典型啮合速度的曲线修正

以其它啮合速度着陆的飞机，其拦阻载荷的计算，需要在典型啮合速度对应的载荷基础上乘以系数或 $\mathrm{\ζ}=\frac{V_E^2}{{M_{\mathrm{MO}.\mathrm{MAX}}}^2}$ 或 $\mathrm{\ζ}=\frac{V_E^2}{{M_{\mathrm{MO}.\mathrm{LIM}}}^2};$

3）拦阻载荷的推力修正系数

平均推力与飞机着陆重量的比值κ，简称“拦阻推重比”，典型曲线分为0.3、0.4、0.5和0.6，可以插值计算，

$0.3\≤\mathrm{\κ}=\frac{T_{\mathrm{ave}}}{W}\≤0.6$

得出“拦阻推重比”后，根据啮合速度查阅拦阻载荷的推力修正系数ξ，并将其附乘到拦阻载荷，

得出啮合速度-推力修正系数曲线族。

2.根据权利要求1所述的一种飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正方法，其特征在于，对于飞机拦阻装置载荷特性曲线的修正，应在飞机典型状态的拦阻载荷-拦阻滑行距离曲线基础上，综合考虑不同拦阻着陆质量、啮合速度和发动机推力等情况进行。