CN104008226A - 一种尾钩与道面撞击后反弹产生的纵向阻尼力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空工程技术领域，具体涉及飞机钩索过程中尾钩与道面撞击后反弹产生的纵向阻尼力的计算方法。其特征在于，通过研究飞机尾钩运动特性，利用飞机总体参数，通过分析尾钩在撞击道面时的动力学特性，建立了尾钩运动的动力学方程，得到了尾钩纵向阻尼力的分析方法。有利于工程人员通过参数控制，以实现预期的纵向阻尼力。

Description

一种尾钩与道面撞击后反弹产生的纵向阻尼力计算方法

技术领域

本发明属于航空工程技术领域，具体涉及到飞机钩索过程中尾钩与道面撞击后反弹产生的纵向阻尼力的计算方法。 

背景技术

飞机能否被阻拦的关键是尾钩是否成功钩住阻拦索，飞机着陆时尾钩已经放下，但不能保证成功的钩索。飞机钩索时以较大的速度撞击道面产生的反弹可能导致尾钩跳离道面并越过阻拦索。为使尾钩能够成功钩住阻拦索，必须控制尾钩与道面的碰撞反弹。因此尾钩上一般都装有纵向阻尼装置，用于吸收尾钩在飞机纵平面内的振动。 

发明内容

本项目在研究飞机尾钩运动特性的基础上，利用飞机总体性能参数，通过分析尾钩在撞击道面时的动力学特性，经过合理的假设和简化后，建立了尾钩运动的动力学模型，得到了尾钩纵向阻尼力的分析方法，成功的解释了尾钩撞击道面的运动原理。 

技术方案 

一种尾钩与道面撞击后反弹产生的纵向阻尼力计算方法，其特征在于，包括如下步骤： 

第一，运动过程分析：尾钩碰撞道面后，以一定的角速度被反弹，此时尾钩在地面坐标系下的运动包括两部分：随飞机下滑的平动和绕转轴的旋转运动，尾钩碰撞时钩头的位移可用尾钩绕自身坐标系的相对旋转运动加上飞机的平动来表示，首先飞机平动的位移为转轴的位 移，即 

$\mathrm{dr}=r_{2B}-r_{1B}=\left[\begin{array}{c}{\∫}_1^{2}v\cos \mathrm{\αdt}\\ -{\∫}_1^{2}v\sin \mathrm{\αdt}\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{vt}\cos \mathrm{\α}\\ -\mathrm{vt}\sin \mathrm{\α}\\ 0\end{array}\right]$ …………① 

dr为飞机平动位移，r_2B为平动后B点位置，r_1B为B点初始位置，v为飞机进场速度，α为飞机下滑角，t为时间。 

尾钩绕自身坐标系的相对旋转运动分为两部分，分别为绕尾钩自身坐标系Y轴和Z轴的旋转运动，忽略绕Y轴的转动，尾钩在地面坐标系中的相对位移为 

${\mathrm{dr}}_z=\left[\begin{array}{c}1\cos ({\mathrm{\β}}_0+{\mathrm{\Δ\θ}}_1)-1{\cos \mathrm{\β}}_0\\ 1\sin ({\mathrm{\β}}_0+{\mathrm{\Δ\θ}}_1)-1\sin {\mathrm{\β}}_0\\ 0\end{array}\right]$ …………② 

式中：Δθ₁=∫ω_2zdt，为尾钩碰撞后尾钩与地面坐标系Y轴夹角的增量，且有β+θ=π/2，dr_z为转动产生的位移，β为道面角，ω_2z为尾钩绕B点转动角速度，l为尾钩长度。 

则尾钩钩头的绝对位移为平动位移和相对转动位移之和； 

第二，载荷分析：尾钩阻尼器压缩速度为： 

$\stackrel{\·}{x}={(L_4^2+L_3^2-2L_3{L}_4\cos {\mathrm{\θ}}_3)}^{-0.5}\left(L_3{L}_4\sin {\mathrm{\θ}}_3\right)\stackrel{\·}{{\mathrm{\θ}}_3}$ …………③ 

则尾钩以一初始角速度上摆时的受力方程为 

$-J_{\mathrm{BY}}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}=\mathrm{mgl}\sin \mathrm{\θ}+F_t{L}_4\sin {\mathrm{\θ}}_4$ …………④ 

式中：k为纵向阻尼器的刚度系数，c为纵向阻尼器的阻尼系数，x₀为纵向阻尼器未压缩时的全伸长，L₃、L₄分别为B点到阻尼器两端的距离，θ₃为L₃、L₄的夹角，J_BY为尾钩转动惯量，mg为尾钩的重力，θ₄为阻尼力与L₄的夹角。 

第三，根据尾钩反弹的要求确定弹跳高度h和弹跳距离Lt，求解上述两个步骤①②③④方程，得出k和c值，从而求出F_t。 

本模型的优点是： 

揭示了尾钩道面撞击弹跳的原理，分析了纵向阻尼对尾钩弹跳的影响，有利于工程人员通过参数控制，以实现预期的纵向阻尼力。 

附图说明

图1是尾钩碰撞后的反弹位移。 

图2是纵向阻尼器下尾钩的运动。 

图3是钩头弹跳高度与飞机航向位移。 

图4是纵向阻尼力与尾钩竖直方向夹角变化曲线。 

图5是计算模型示意图。 

具体实施方式

某型固定翼飞机参数如下，见表1。 

表1尾钩及索参数 

将表1中的数据代入上述方程①②③④中，对时间t在0至3秒 内进行求解，求解平动与转动时可参见图1，求解阻尼力方程时可参见图2，用MATLAB软件中的SIMULINK模块进行求解见图5。 

碰撞恢复系数e＝0.56。碰撞后钩的上转角速度为 

选取k＝2×10⁶N/m，c＝6×10⁴N·s/m时的计算结果如下，尾钩与道面撞击情况计算结果见图3～图4。纵向阻尼力最大为96400N。 

Claims (1)

1.一种尾钩与道面撞击后反弹产生的纵向阻尼力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，运动过程分析：尾钩碰撞道面后，以一定的角速度被反弹，此时尾钩在地面坐标系下的运动包括两部分：随飞机下滑的平动和绕转轴的旋转运动，尾钩碰撞时钩头的位移可用尾钩绕自身坐标系的相对旋转运动加上飞机的平动来表示；

第二，载荷分析：尾钩以一初始角速度上摆时的受力可以用其运动加速度和阻尼器的刚度系数来表示；

第三，根据尾钩撞击道面后的反弹高度和距离要求确定阻尼器的刚度系数，从而求出阻尼力。