CN106370592A - 一种测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法，属于结构动力学领域。所述飞机至少具有两个发动机，通过以下步骤计算滚动摩擦系数：首先将飞机m个发动机的油门均调到同一位置，放开刹车使所述飞机自由滑行，获取飞机重心航向第一加速度a₁；之后将所述飞机n个发动机的油门均调到与上述m个发动机油门所处的位置相同的位置，放开刹车使所述飞机自由滑行，获取飞机重心航向第二加速度a₂，其中n不等于m；上述两步同时基于运动学定律，建立飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数与飞机重心航向加速度之间的关系，最后联立求得滚动摩擦系数。本发明能够快速测试得到飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数，对评估飞机的滑跑性能有重要工程意义。

Description

一种测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法

技术领域

本发明属于结构动力学领域，具体涉及一种测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法。

背景技术

飞机轮胎与跑道间的滚动摩擦系数是评估飞机滑跑性能的重要参数之一。目前在测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数时，通常是先测量飞机的总重量以及使飞机从静止到运动的力，然后计算二者的比值获得。由于飞机的重量经常变化，而测量使飞机从静止到运动的力除了要借用牵引车、测力计等很多测试设备外，还要耗费额外的人力，因此，实施起来比较麻烦，效率很低。

发明内容

本发明的任务和目的是建立一种飞机轮胎与跑道间的滚动摩擦系数快速求取方法，通过发动机两次不同开车状态下飞机重心加速度的关系，并利用飞机上现有的飞参记录仪记录的重心航向速度时间历程，即可计算得到飞机轮胎与跑道间的滚动摩擦系数。

本发明飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法，首先要求所述飞机具有s个发动机，且s不小于2，具体包括以下步骤：

S1、将飞机m个发动机的油门均调到同一位置，放开刹车使所述飞机自由滑行，获取飞机重心航向第一加速度a₁，其中m小于等于s；

S2、将所述飞机n个发动机的油门均调到与步骤S1中m个发动机油门所处的位置相同的位置，放开刹车使所述飞机自由滑行，获取飞机重心航向第二加速度a₂，其中n小于等于s，且n不等于m；

S3、根据以下公式计算所述滚动摩擦系数：

$\mathrm{\μ}=\frac{{(\frac{n}{m}-1)}^{-1}*(a_2-\frac{n}{m}{a}_1)}{g}$

其中，g为重力加速度。

通过上述步骤S1可得到公式

mT-μM₁g＝M₁a₁；

通过上述步骤S2可得到公式

nT-μM₂g＝M₂a₂

其中，M₁＝M₂均为飞机起始重量，T为单个发动机的推力，并且上述公式是在忽略飞机气动阻力的情况下才成立，为此，在飞机滑行时要求速度较小。

将上述步骤S1与步骤S2的公式联立，可以得到如上述步骤S3中得到的求取滚动摩擦系数的公式。

优选的是，所述步骤S1及步骤S2中飞机自由滑行时间不小于5s。

在上述方案中优选的是，所述飞机重心航向第一加速度a₁和/或所述飞机重心航向第二加速度a₂通过加速度传感器测量获得。

在上述方案中优选的是，所述飞机重心航向第一加速度a₁和/或所述飞机重心航向第二加速度a₂通过读取飞参数据获得。

在上述方案中优选的是，所述飞机自由滑行时速度不高于10km/h。

该方法思路清晰，实施简单，不需要额外的测试设备、人员等辅助条件，只需借助飞机上的飞机记录仪，即可测试得到飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数，对评估飞机的滑跑性能有重要工程意义。

附图说明

图1为本发明测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法的一优选实施例的流程图。

图2为本发明图1所示实施例的飞机双发起滑状态时的航向速度变化曲线示意图。

图3为本发明图1所示实施例的飞机四发起滑状态时的航向速度变化曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明基于测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法，首先要求所述飞机具有s个发动机，且s不小于2，具体包括以下步骤：

S1、将飞机m个发动机的油门均调到同一位置，放开刹车使所述飞机自由滑行，获取飞机重心航向第一加速度a₁，其中m小于等于s；

S2、将所述飞机n个发动机的油门均调到与步骤S1中m个发动机油门所处的位置相同的位置，放开刹车使所述飞机自由滑行，获取飞机重心航向第二加速度a₂，其中n小于等于s，且n不等于m；

S3、根据以下公式计算所述滚动摩擦系数：

$\mathrm{\μ}=\frac{{(\frac{n}{m}-1)}^{-1}*(a_2-\frac{n}{m}{a}_1)}{g}$

其中，g为重力加速度。

通过上述步骤S1可得到公式

mT-μM₁g＝M₁a₁；

通过上述步骤S2可得到公式

nT-μM₂g＝M₂a₂

其中，M₁＝M₂均为飞机起始重量，T为单个发动机的推力，并且上述公式是在忽略飞机气动阻力的情况下才成立，为此，在飞机滑行时要求速度较小，例如，飞机自由滑行时速度不高于10km/h。

将上述步骤S1与步骤S2的公式联立，可以得到如上述步骤S3中得到的求取滚动摩擦系数的公式。

本发明中，所述步骤S1及步骤S2中飞机自由滑行时间不小于5s。所述飞机重心航向第一加速度a₁和/或所述飞机重心航向第二加速度a₂通过加速度传感器测量获得，或者通过读取飞参数据获得。

需要说明的是，上述滚动摩擦系数公式的推导是在发动机推力一致的前提下进行的，例如，上述s个发动机为同型号发动机，这样，在将各油门调到同等位置后，各发动机推力T相同，在步骤S1、S2中，飞机发动机对称布置、对称开车。

上述m取2，n取4，则以双发油门和四发油门进行进一步解释。

如图1所示，设飞机起始重量为M₁，把飞机刹停在起始位置，并把双发油门调到一定位置，设对应的单发推力为T，然后全放开刹车让飞机自由滑行，设飞机重心航向加速度为a₁，则在开始滑行阶段，由于飞机速度很小，忽略飞机气动阻力，则有

2T-μM₁g＝M₁a₁……………………………(1)

设飞机起始重量为M₂，把飞机刹停在起始位置，并把四发油门调到与双发同样的位置，然后全放开刹车让飞机自由滑行，设飞机重心航向加速度为a₂，则在开始滑行阶段，由于飞机速度很小，可忽略飞机气动阻力，则有

4T-μM₂g＝M₂a₂…………………………(2)

公式(2)-(1)×2，简化得

$\mathrm{\μ}=\frac{M_2{a}_2-2M_1{a}_1}{2M_{1}g-M_{2}g}...\left(3\right)$

当M₁＝M₂时，可得滚动摩擦系数

$\mathrm{\μ}=\frac{a_2-2a_1}{g}...\left(4\right)$

以具体数据为例，为测试得到某大型四发运输机轮胎与跑道间的滚动摩擦系数，首先需要测量飞机在双发起滑和四发起滑状态下的飞机重心加速度，具体要求如下：

a)双发起滑：在飞机停机状态，刹住飞机，双发油门到慢车功率，然后全松开刹车，滑到10km/h左右时，双发停车，不踩刹车保持至少5s，通过飞参记录仪记录的飞机航向速度变化计算公式(1)中的a₁；

b)四发起滑：在飞机停机状态，刹住飞机，四发油门到慢车功率，然后全松开刹车，滑到10km/h左右时，四发停车，不踩刹车保持至少5s，通过飞参记录仪记录的飞机航向速度变化计算公式(2)中的a₂。

飞机双发起滑状态时的航向速度变化曲线见图2，可以看出，飞机起滑后前106s～120s之间的加速度变化非常稳定，因此，通过对这一段数据数据进行拟合，可计算出飞机的起滑加速度a₁＝0.069m/s²。

飞机四发起滑状态时的航向速度变化曲线见图3，可以看出，飞机起滑后前93s～128s之间的加速度变化非常稳定，因此，通过对这一段数据进行拟合，可计算出飞机的起滑加速度a₁＝0.197m/s²。

由于双发起滑和四发起滑状态的飞机重量接近，因此，根据公式(4)，轮胎和跑道间的滚动摩擦系数

$\mathrm{\μ}=\frac{a_2-2a_1}{g}=\frac{0.197-2\×0.069}{9.8}=0.006$

本发明具有以下特征及优点：

a)基于运动学定律，建立了飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数与飞机重心航向加速度之间的关系；

b)飞机在两个不同发动机推力状态或不同额定功率状态下从停止位置开车滑行；

c)通过机载飞参记录仪或其它测试仪器的数据记录功能，获取飞机重心航向速度或加速度时间历程；

d)飞机发动机对称布置、对称开车。

该方法思路清晰，实施简单，不需要额外的测试设备、人员等辅助条件，只需借助飞机上的飞机记录仪，即可测试得到飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数，对评估飞机的滑跑性能有重要工程意义。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法，所述飞机具有s个发动机，s不小于2，其特征在于，包括：

S1、将飞机m个发动机的油门均调到同一位置，放开刹车使所述飞机自由滑行，获取飞机重心航向第一加速度a₁，其中m小于等于s；

S2、将所述飞机n个发动机的油门均调到与步骤S1中m个发动机油门所处的位置相同的位置，放开刹车使所述飞机自由滑行，获取飞机重心航向第二加速度a₂，其中n小于等于s，且n不等于m；

S3、根据以下公式计算所述滚动摩擦系数：

$\mathrm{\μ}=\frac{{(\frac{n}{m}-1)}^{-1}*(a_2-\frac{n}{m}{a}_1)}{g}$

其中，g为重力加速度。

2.如权利要求1所述的测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法，其特征在于：所述步骤S1及步骤S2中飞机自由滑行时间不小于5s。

3.如权利要求1所述的测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法，其特征在于：所述飞机重心航向第一加速度a₁和/或所述飞机重心航向第二加速度a₂通过加速度传感器测量获得。

4.如权利要求1所述的测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法，其特征在于：所述飞机重心航向第一加速度a₁和/或所述飞机重心航向第二加速度a₂通过读取飞参数据获得。

5.如权利要求1所述的测量飞机轮胎与跑道间滚动摩擦系数的方法，其特征在于：所述飞机自由滑行时速度不高于10km/h。